В механике грунтов определяются 3 деформационные характеристики:

1 – модуль общей деформации (Е) – описывает отношение между напряжениями и деформацией 2 – коэффициент Пуассона (ν) – коэффициент поперечных деформаций - выражает отношение деформации образца в ортогональных направлениях 3 – коэффициент сжимаемости (m₀) – m₀=tg α – выражает отношение между давлением и коэффициентом пористости.

Водопроницаемость грунтов

Уплотнение водонасыщенного грунта вызывает уменьшение его пористости, а вследствие и влажности, т.е. выдавливание воды из пор, при этом вода должна пройти некий путь в толще грунта, т.е. профильтроваться. Таким образом процесс деформации грунтов зависит от скорости сжатия воды из пор, т.е. скорости фильтрации.

Закон Дарси – движение воды в порах грунта происходит в соответствии с законом ламинарной фильтрации(скорость фильтрации находится в прямо пропорциональной зависимости от градиента напора)

V_f=k_fi V_f - скорость фильтрации или объем воды, Проходящий через единицу площади поперечного сечения за единицу времени k_f - коэффициент фильтрации равны скорости фильтрации при гидравлическом градиенте i – гидравлический градиент, равный потере напора по длине пути фильтрации

Коэффициент фильтрации измеряется в единицах скорости.(песок 10^-2 см/сек; глина 10^-8 см/сек)

Понятие о начальном градиенте

Закон ламинарной фильтрации справедлив когда грунт содержит свободную воду в порах, большая часть которой сообщается друг с другом.

КАРТИНКА

В плотном глинистом грунте свободная вода находится в разобщенных между собой порах, таким образом фильтрация воды начинается лишь при градиенте большем, чем сопротивление ее движению.

Кривая 2 на графике и закон фильтрации описывается уравнением V_f=k_f (i-i_o), i_o – начальный градиент фильтрации.

Понятие об эффективном и нейтральном давлении.

В процессе уплотнения грунта в нем действуют 2 системы давлений: - давление в скелете грунта, называется эффективным - давление в поровой воде, называется нейтральным.

Эффективное давление (σ_в) – характеризует напряженное состояние скелета грунта. Под этим давлением грунт уплотняется.

Нейтральное давление (σ_w) – не влияет на напряженное состояние скелета грунта, оно вызывает отжатие воды из пор.

Полное напряжение в грунте σ= σ_в + σ_w

Прочностные характеристики грунтов.

Сопротивление грунтов сдвигу. Закон Кулона.

Нормальные напряжения вызывают сжатия грунта, при которых грунт упрочняется. Разрушение грунта происходит только вследствие наличия в нем касательных напряжений, которые вызывают сдвиг частиц грунта относительно друг друга.

Когда касательные напряжения в грунте достигают его предельного сопротивления,происходит сдвиг одной части массива грунта по другой.

Сопротивление сдвигу устанавливают:

1 – испытанием образцов на прямой сдвиг (срез) 2 – путем трехосного сжатия 3 – вдавливанием штампа с шарообразной или конусообразной поверхностью 4 – по результатам среза крыльчаткой по цилиндрической поверхности.

Сопротивление сдвигу сыпучих грунтов.

КАРТИНКА

При разных значениях силы N определяют предельное касательное напряжение τ, при котором происходит срез грунта.

Сопротивление сдвигу связных грунтов.

Супеси, суглинки, глины обладают связностью, интенсивность которых зависит от влажности грунта, степени его уплотнения. Образец испытывают на сдвиг после консолидации грунта (когда все сжимающие напряжения передают на скелет грунта)

КАРТИНКА

τ = σ tg ϕ +c (с- описывает прочность грунта, коэффициент удельного сцепления)

эта зависимость описывает основное положение теории прочности грунтов для сыпучих грунтов, (называется законом Кулона): предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу прямо пропорционально нормальному напряжению.

Для (глинистых) связных грунтов: предельное сопротивление связных грунтов сдвигу при завершении их консолидации есть функция 1ой степени от нормального напряжения.

Сопротивление сдвигу неконсолидированных грунтов.

В случае водонасыщенных глинистых грунтов (длительный период нарастания деформаций) возникает необходимость определения прочностных характеристик грунта в неконсолидированном состоянии, при этом на грунт одновременно передаются нормальные и касательные напряжения.

Основные расчетные модели грунтов.

Существует три основные расчетные модели: 1- теории линейного деформирования грунта – для расчетов конечных напряжений и стабилизированных осадок 2- теории фильтрационной консолидации грунта – для расчетов развития осадок во времени 3 - теории предельного напряженного состояния грунта – для расчетов несущей способности, прочности, устойчивости и давления грунта на ограждения.

Модель теории линейного деформирования грунта.

Теория линейного деформирования грунта базируется на предположении, что при однократном нагружении (разгрузке) зависимость между напряжениями и деформациями в грунтах линейна. Кроме того, при нагружении рассматривается лишь общая деформация грунта без разделения ее на упругую и пластическую составляющие.

Модель теории фильтрационной консолидации.

Теория описывает деформирование во времени полностью водонасыщенного грунта (грунтовой массы). Принимается, что полное напряжение, возникающее в элементе грунта от приложенной нагрузки, разделяется на напряжения в скелете грунта (эффективные напряжения) и давление в поровой воде (поровое давление). В различных точках массива грунта под действием нагрузки возникают различные значения порового давления. Вследствие этого образуется разность напоров в поровой воде и происходит ее отжатие в менее нагруженные области грунта. Одновременно под действием эффективных напряжений происходит перекомпоновка частиц и уплотнение грунта.