_4-2013-11-07-09-56-40
.doc
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 деформацийЕо 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 Ео 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 Ео и коэффициентом коэффициент относительной сжимаемости m .
ez = sz - n ´ sx +sy ) 0 0
sx =s y = -n ´P = x0 ´P sz = P
ez = m ´P
2 mv ´P = E0 ´ç1- 1-n ¸,
2 гдеb =1- 1-n
E0 =
|
b
|
mv
|
(12)
Определение Ео 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 (DN = 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 Gmax , которое было достигнуто в ходе испытаний.
Нормальные и касательные напряжения в момент сдвига определяются следу-ю щим образом:
s = N , (1)
tu = Gmax , (2)
где τu- 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 tu (s) , рис.12.
tu
tui
tu =si ´tgj +C
si s
Рис.12. Зависимость предельного сопротивления грунта сдвигу от нормального давления для связанных грунтов
В целом зависимость tu ( ) 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.
tu =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 pе (см.рис.12) называется в давлением связанности. Ее можно опреде-
лить через прочносные характеристики грунта с и j :
pе = c´ctgj (4) В случае если грунт не обладает связанностью(с=0) уравнение 3 принимает вид:
tu =s ´tgj , (5) Графически эта зависимость представлена на рис. 13.
Рис. 13. Зависимость tu (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).