Сопротивление грунтов сдвигу

Скальные грунты разрушаются от растяжения, сжатия, кручения, изгиба или их сочетания, то есть как обычные тела.

Оценивается расчетным сопротивлением грунта основанием, а нескальные грунты только сдвигом одной части относительно другой.

Нормальные и касательные напряжения на площадке сдвига определяются в приборе одноплоскостного сдвига или среза.

Рис 6.1

Нагрузку на грунтовый образец передают ступенями. Чем больше величина горизонтальной нагрузки, тем медленнее идет затухание деформации и в какой то момент T_max=(Q_max) – грунт разрушится и затухания не будет.

Испытанию подвергаются три образца

1 образец	P1=0.1МПа	σ1	τ1
2 образец	P2=0.2МПа	σ 2	τ2
3 образец	P3=0.3МПа	σ 2	τ 3

Полученные результаты характеризуются графиком сдвига.

За сопротивление образца грунта сдвигу принимается достигнутое максимальное значение, сдвигающего напряжения τ в момент, когда оно перестает увеличиваться при непрекращающейся деформации сдвига.

Рис 6.2

Прочностные характеристики:

c– удельное сцепление

φ - угол внутреннего трения

Метод наименьших квадратов:

Сумма квадратов отклонения от среднего в каждой точке должна быть минимальной.

Аналитическое выражение линии:

τ = σ*tgφ + с – для глинистого грунта

τ = σ*tgφ – для песка

Закон Шарля Кулона:

Сопротивление грунтов сдвигу τ зависит от прочностных характеристик φ и с и пропорционально нормальному давлению (напряжению) σ на площадки сдвига.

Для песка удельное сцепление с=0.

Эти два уравнение – есть условие прочности грунта по Кулону, которые показывают при каких условиях происходят разрушения грунта.

Физический смысл прочностных характеристик:

Удельное сцепление с – это сопротивление грунта срезу (сдвигу) при отсутствии нормальных напряжений σ на площадке сдвига (среза).

Рис 6.3

∟φ угол внутреннего трения равен углу наибольшего отклонения полного давления q от нормали к площадке, на которой оно действует.

При отклонении q на ∟φ=∟θ_maxнаступает состояние предельного равновесия грунта.

Испытание на срез в стабилометре

2-е методики испытаний

Рис 6.4

1. σ₁= σ₂(= σ₃)

σ₃= const

σ₁– увеличивают до разрушения грунта;

σ₃/σ₁– в момент разрушения

Для песка:

σ₃/σ₁= tg²(45°-φ/2)

Вычисляют tg, потом и φ.

Результаты представляются графиком.

Рис 6.5

2. Сначала загружают равномерным давлением

σ₁= σ₃(= σ₂)

σ₁= const

σ₃– до разрушения грунта

σ₃/σ₁= tg²(45°-φ/2) и определяют φ

Практическое применение φ и с: при расчетах несущей способности дамбы, при расчетах устойчивости грунтовых откосов, при определении давления грунта на ограждения (подпорные стенки), при определении расчетного сопротивления грунта основания (R), при расчете по первой группе предельных состояний.

Водопроницаемость грунтов

При уплотнении водонасыщеного грунта происходит уменьшение его пористости, и, следовательно, влажности. Во время уплотнения выдавливается вода, которая должна профильтроваться, то есть пройти некоторых путь в толще грунта.

Движение воды в порах грунта происходит в соответствии с законом ламинарной фильтрации (законом Дарси). Который формулируется так:

Скорость фильтрации υ_fпрямо пропорционально гидравлическому градиенту i:

υ_f= k_f*i

k_f- коэффициент фильтрации равный скорости фильтрации при гидравлическом градиенте i=1.

i - гидравлический градиент, равный потери напора Н₂-Н₁=ΔН.

Напор выражается высотой столба воды:

i= (Н₂-Н₁)/L

Рис 6.6

k_f^песок= 10^-2см/с

k_f^глина= 10^-8см/с

Это значит, что при одном и том же градиенте напора за одно и то же время вода пройдет в песке путь в 10км, а в глине в 1см.

Рис 6.7

Для глинистого грунтана оси абсцисс появляется отрезок, равный величине начального градиента напора i₀.

tgα= k_f

При скорости фильтрации υ_f, грунт действует как водоупор.

При i=1 υ_f = k_f

При i>i₀ υ_f = k_f (i-i₀)

Коэффициент фильтрации определяется в лабораторных условиях потеем замера расхода воды и разности напоров по основным двум схемам.

1. Прибор Дарси

2. Трубка Каменского

Лекция 7 – 08.11.11