Основные закономерности механики грунтов
Под действием передаваемых сооружением нагрузок, в массивных основаниях возникают нормальные и касательные напряжения, приводящие к деформации грунтов, кроме того грунты испытывают напряжение собственного веса.
Наиболее часто имеют место деформации уплотнения грунтов под действием нормативных напряжений, реже деформаций сдвигов, вызываемые касательными напряжениями.
Воздействие нормальных напряжений на сплошные тела, рассматривают в механике деформируемых тел.
Грунты относятся к дисперсным телам, поэтому, кроме закономерности деформативности сплошных тел приходится учитывать изменения объема пор прижатием, то есть рассматривать дополнительно, закон уплотнения (компрессии).
Кроме того в грунтах, как и в сплошных телах при действии нормальных напряжений наблюдается боковое расширение, но по более сложной закономерности.
В грунтах необходимо знать сопротивление их сдвигу при предельном напряженном состоянии. Это сопротивление зависит от угла внутреннего трения φ и удельного сцепления с, определяемые в соответствии с законом сопротивления грунтов сдвигу.
Деформируемость грунтов и их сопротивление сдвигу зависят от фильтрационных свойств грунтов.
Кроме того фильтрация воды в грунтах, представляет интерес для строителей в отношении определения притоков воды в котловане и расчета водопониж установок.
Все это обуславливает необходимость изучения закона фильтрации поровой воды.
Для структурно неустойчивых грунтов, структура которая разрушается при увлажнении, динамических воздействиях, напряженных состояний или оттаиваний. Приходится рассматривать закономерности, определяющие характер их деформируемости.
Закономерности разрушения структуры
Из этих законов определяются механические свойства грунтов:
- сжимаемость
- сопротивление грунтов сдвигу
- водонепроницаемость
Физические основы сжимаемости
Сжимаемость грунтов
Служит для расчета деформации грунтового основания, расчет по II группе предельного состояния.
Сжимаемость грунтов– способность уменьшать в объеме (давать осадку) под действием внешнего давления.
Сжимаемость зависит отуменьшения объема пор, под нагрузкой, сжимаемостью твердых частиц мы пренебрегаем.
Основными характеристиками сжимаемости грунтов является: Е, а, ν и ξ.
Е - модуль деформации
а - коэффициент относительной сжимаемости
ν - коэффициент поперечного бокового расширения (аналог к. Пуассона)
ξ - коэффициент бокового давления
Сжимаемость грунта определяется:
- в компрессионных приборах
- в стабилоиетре
- в приборе трехосного сжатия с независимым регулированием величин главных напряжений
- по таблице СНиП 2.02.01-83*
Сжимаемость грунтового основания определяется:
- штампом
- прессиометрическим методом
1. Компрессионный метод– сжатие грунта без бокового расширения
2. Стабилометр
Штамповый метод– заключается в испытании модели фундаментов (штампов) в котлованах или на глубине. Система «штамп – основание» ближе к реальным условиям.
w– коэффициент, принимаемый для круглых жестких штампов =0,8,
d – диаметр штампа,
∆p– приращение среднего давления по подошве штампа в пределах интересующих нас изменений давления на участке линейной зависимости между S и p,
∆S– приращение осадки штампа при изменении давления на ∆p.
По этой формуле получается завышенный модуль деформации.
Прессиометрический метод– сущность этого метода заключается в обжатии стенок буровой скважины на некотором участке её длины боковым равномерным давлением с замером деформации стенок скважины.
Прессиометр – резиновый цилиндрический баллон, заполненный жидкостью.
По мере увеличения давления в баллоне оно передается на стенки скважины и уплотняет окружающий грунт, зная давление деформации по соответствующим формулам находят модуль деформации.
Показатель деформативности – модель деформации Е в горизонтальном направлении, это является недостатком, так как чаще всего требуется в расчетах требуется Е 8.
[E], [МПа] [кПа]
[а], [МПа-1] [кПа-1]
ν – безразмерная величина
Лекция 5 – 25.10.11
Закон уплотнения (компрессии) грунта: изменение коэффициента пористости грунта прямо пропорционально изменению давления.
а - коэффициент уплотнения и относительной сжимаемости
р1- давление от собственного веса грунта
р2- давление под подошвой фундамента
е1и е2- коэффициенты пористости, соответствующие давлениям р1и р2.
Рис 5.1
tgα=a – коэффициент сжимаемости
Рис 5.2 – график компрессионной зависимости
Чем больше угол α, тем больше tgα => тем больше а.
е0- начальный коэффициент пористости в природном состоянии, то есть без нагрузки.
V – объем грунта в кольце
m - не меняется при сжатии, поэтому без Δ.
С увеличением нагрузки сжимаемость и коэффициент сжимаемости грунта уменьшаются.
- уравнение, показывающее изменение коэффициента пористость лишь для спрямленного участка компрессионной кривой, поэтому является уравнение приближенным.
Если изменения давления будут бесконечно малыми, то изменение коэффициента пористости будет строго точно пропорционально изменению давления, это возможно при малой нагрузке и на малом участке.
- для расчета осадки грунта толщиной h при действии равномерной нагрузки.
Е - ?, ν - ?
Сжимаемость грунта в условиях компрессии определяется при использовании характеристик Е и ν.
Рис 5.3
S=∆h
Условия по напряжениям:
По деформациям:
Относительная деформация в соответствии с законом Гука будет равна:
ξ - коэффициент бокового давления грунта при невозможности его бокового расширения. Изменяется от 0 до 1.
0,23≤ν≤0,27 – крупнообломочный грунт
0,27<ν≤0,30 – супеси, пески
0,30<ν≤0,35 – суглинки
0,35<ν≤0,42 – глины
Вывод модуля деформации Е:
Если сжимаемость увеличивается модуль деформации уменьшается, свойства грунта ухудшаются, коэффициент сжимаемости увеличивается.
Лекция 6 – 02.11.11