6. Закономерности уплотнения грунтов под нагрузкой.

6.1. При передаче внешних нагрузок на грунты не превышающих их структурной прочности, он работает как упругое тело, после снятия нагрузки деформация восстанавливается.

Структурная прочность обеспечивается работой связей между минеральными зернами скелета грунта.

При преодолении структурной прочности происходит перекомпоновка частиц грунта с уменьшением его пористости повышением плотности сложения скелета – процесс уплотнения грунта. При уплотнении грунта его строительные свойства улучшаются, проектирование системы основания-фундаменты здания в границах развития процессов уплотнения обеспечивает безопасность их эксплуатации. Развитие процессов уплотнения грунтов в основаниях зданий и сооружений ограничивается некоторой величиной давления при которой начинают развиваться деформации сдвига между частицами грунта без изменения его объема в локальных зонах – пластические деформации. Давления на грунт соответствующие началу развития процессов сдвиговых деформаций получило название начальной критической нагрузки на грунт(Pн.к.)

Закономерности процессов уплотнения в грунтах изучаются в лабораторных условиях в компрессионных приборах, обеспечивающих деформирование грунта только в 1 направлении без возможности боковых расширений. Штамп передает на грунт давление , грунт на стенки прибора создает боковое давление , - коэффициент Пуассона.

При известных значениях начальной и конечных нагрузок (P_н и Р_к). Криволинейная зависимость изменения коэффициента пористости может быть заменена прямолинейной при выполнении инженерных расчетов

- коэффициент уплотнения грунта.

Уменьшение коэффициента пористости ( ) можно принимать пропорционально изменению давления ( ) при известной начальной (P_н) и конечной (Р_к) нагрузках при условии что Р_к P_нк .

С учетом компрессионной зависимости изменение осадки при изменении давлений от P_н до Р_к можно определить:

; ; - коэффициент относительного уплотнения.

Полученное уравнение может быть использовано при расчете задач одномерного обжатия, уплотнение грунта без возможности боковых расширений. За начальное давление принимается давление от собственного веса грунта ( ), за конечное суммарное давление от веса грунта и от нагрузки на его поверхности ( ).

Нагрузка на поверхности грунта равномерно распределенная по площади больших размеров.

Давление от собственного веса грунта изменяется с глубиной по линейной зависимости. В грунтах естественного сложения деформации от собственного веса уже произошли

, тогда осадка слоя грунта конечной толщины может быть определена:

Для условий одномерного обжатия слоистой толщи осадки каждого слоя определяются отдельно, суммарная осадка определяется как сумма осадок отдельных слоев грунта.

Величины P_нi и Р_кi принимаются для средней зоны по высоте каждого слоя.

Уплотняющая нагрузка на грунт по схеме одномерного обжатия в строительной практике встречается при устройстве плитных фундаментов и отсыпок из грунта значительных размеров в плане по сравнению с мощностью уплотняемого слоя грунта. Грунтовые основания сооружений сложенные слабыми грунтами не пригодными для возведения зданий и сооружений могут предварительно уплотнятся созданием пригружения путем отсыпки требуемой мощности, которая после стабилизации деформаций удаляется. На предварительно уплотненном основании осуществляется строительство. В водонасыщенных грунтах уплотнение осуществляется в процессе выдавливания воды из порового пространства. Для приема и отвода воды при уплотнении грунтов под фундаментами и пригружающими насыпями устраивается дренажный слой h=(100-200)мм из крупного песка или песка средней крупности.

При относительно большой мощности уплотняемого слоя грунта в основании ощутимое влияние может иметь изменение начального давления(P_н) при неизменном значении дополнительного давления (Р=Р_к-P_н). В таких условиях возможно слой уплотняемого грунта условно разделить на слои меньшей мощности (h_i), для середины которых выполнить вычисление параметров уплотнения ( ). Суммарная осадка поверхности уплотняемого слоя определяется как сумма осадок условно выделенных слоев.