- •Н.И.Барац
- •Механика грунтов
- •Учебное пособие
- •Омск • 2008
- •Введение
- •Раздел 1. Физическая природа и физические свойства грунтов
- •1.1. Происхождение и состав различных видов грунтов
- •1.2. Виды воды в грунтах
- •1.3. Структура и текстура грунтов
- •1.4. Показатели состава и физического состояния грунтов
- •1.4.1. Гранулометрический состав грунта
- •Классификация крупнообломочных и песчаных грунтов
- •Классификация глинистых грунтов
- •1.4.2. Физические свойства грунтов
- •Классификация песчаных грунтов по плотности сложения
- •1.4.3. Пределы и число пластичности
- •Классификация глинистых грунтов
- •Контрольные вопросы
- •Раздел 2. Механические свойства грунтов
- •2.1. Общие положения
- •2.2. Деформируемость грунтов
- •2.2.1. Виды деформаций в грунтах
- •2.2.2. Фазы напряженного состояния грунта
- •2.3. Сжимаемость грунтов
- •2.3.1. Коэффициенты бокового расширения и бокового давления грунта
- •2.3.2. Компрессионное сжатие
- •2.3.3. Компрессионные свойства лессовых грунтов
- •2.3.4. Определение модуля деформации грунта
- •2.4. Водопроницаемость грунтов
- •2.5. Гидродинамическое давление воды
- •2.6. Прочность грунтов
- •2.6.1. Факторы, влияющие на сопротивление грунтов сдвигу
- •2.6.2. Нормативные и расчетные деформационные и прочностные характеристики грунтов
- •Контрольные вопросы
- •Раздел 3. Распределение напряжений в грунтовом массиве
- •3.1. Общие положения
- •3.2. Определение напряжений в массиве грунта от сосредоточенной силы
- •Значения коэффициента k
- •Значения коэффициентов и
- •3.3. Распределение напряжений в основании в случае плоской задачи. Задача Фламана
- •3.4. Напряжения в основаниях дорожных насыпей
- •3.5. Распределение напряжений от собственного веса грунта
- •Контрольные вопросы
- •Раздел 4. Определение конечных осадок сооружений
- •4.1. Основные исходные положения
- •4.2. Расчёты осадок сооружений
- •4.2.1. Метод общих упругих деформаций
- •4.2.2. Осадка слоя грунта при сплошной нагрузке
- •4.2.3. Расчет осадки оснований фундаментов методом
- •4.2.4. Осадка грунтового основания во времени
- •Значения n для определения осадки St при различных вариантах эпюр уплотняющих напряжений
- •Контрольные вопросы
- •Раздел 5. Теория предельного напряженного состояния грунта
- •5.1. Плоская задача теории предельного равновесия
- •5.2. Критические нагрузки на грунты основания
- •5.3. Предельная нагрузка на грунтовое основание
- •Значения коэффициентов несущей способности для случая действия наклонной полосообразной нагрузки
- •Значения коэффициентов несущей способности с учетом собственного веса грунта и уплотненного ядра для полосообразной нагрузки
- •5.4. Устойчивость грунтовых откосов
- •5.4.2. Расчет устойчивости откосов методом круглоцилиндрических
- •5.5. Давление грунтов на подпорные стенки
- •5.5.1. Аналитический метод определения давления грунта
- •5.5.2. Давление грунтов на подземные трубопроводы
- •Контрольные вопросы
- •Раздел 6. Специальные вопросы механики грунтов
- •6.1. Мерзлые грунты
- •6.2. Слабые глинистые водонасыщенные и заторфованные грунты
- •6.3. Геосинтетические материалы для армирования грунтов
- •Контрольные вопросы
- •Основные условные обозначения
- •Библиографический список Основной
- •Дополнительный
- •Оглавление
- •Раздел 1. Физическая природа и физические
- •Раздел 2. Механические свойства грунтов……...………………...….20
- •Раздел 3. Распределение напряжений
- •Раздел 4. Определение конечных осадок
- •Раздел 5. Теория предельного
- •Раздел 6. Специальные вопросы
- •644099, Омск, ул. П. Некрасова, 10
- •644099, Омск, ул. П. Некрасова, 10
- •Значения αн для определения сжимающих напряжений в основании насыпи по ее оси
2.3.2. Компрессионное сжатие
Наиболее важным деформационным свойством дисперсных грунтов является их сжимаемость под нагрузкой. Уплотнение водонасыщенного грунта происходит вследствие удаления воды из пор, при этом влажность грунта уменьшается. Уплотнение не полностью водонасыщенных грунтов до определенных давлений может происходить без изменения их влажности.
Сжимаемость грунтов под нагрузкой длится во времени. Поэтому при определении сжимаемости грунтов различают показатели, характеризующие зависимость конечной деформации от нагрузки и изменение деформации грунта во времени при постоянной нагрузке. К первой группе показателей относятся: коэффициент сжимаемости и модуль общей деформации грунта; ко второй группе – коэффициент консолидации. Эти показатели определяются в лаборатории при уплотнении грунтов под нагрузкой без возможности бокового расширения в компрессионных приборах (одометрах) (рис. 2.5).
Для исследования используют образцы грунта ненарушенной структуры, отобранные в жесткие металлические кольца. Нагрузку на грунт передают ступенями, выдерживая каждую ступень до полного затухания деформаций.
При сжатии грунта в компрессионном приборе диаметр образца не меняется. Поэтому относительная вертикальная деформация грунта равна относительному изменению объема:
, (2.5)
где h – первоначальная высота образца грунта; – изменение высоты образца под давлением;V – первоначальный объем образца грунта; – изменение объема образца под давлением.
Так как уплотнение грунта происходит главным образом вследствие уменьшения объема пор, то деформацию сжатия грунта выражают через изменение величины коэффициента пористости (рис. 2.6).
Определим из выражения (2.5):
. (2.6)
Из формулы (2.6) получим выражение для коэффициента пористости грунта, соответствующего данной ступени нагрузки:
. (2.7)
Зная коэффициенты пористости грунта при соответствующих ступенях нагрузки, можно построить компрессионную кривую (рис. 2.7). Если после уплотнения образца внешним давлением произвести его разгрузку, то деформации восстановятся тем полнее, чем выше упругие свойства грунта (см. рис. 2.7).
Для небольшого диапазона давлений компрессионная кривая может быть заменена прямой. С приращением внешнего давленияпроизойдет изменение коэффициента пористости(рис. 2.8).
Тангенс угла наклона отрезка компрессионной кривой к оси давлений характеризует сжимаемость грунта в рассматриваемом диапозоне давлений и носит названиекоэффициента сжимаемости грунта :
tg. (2.8)
При изменениях внешнего давления от P1 до P2 этот закон можно распространить и на конечные изменения величин P и e:
,
откуда. (2.9)
Коэффициент сжимаемости – важная характеристика грунта, дающая возможность определить величину осадок оснований и сооружений.
Величина коэффициента сжимаемости связана с величиной модуля общей деформацииE0 следующим соотношением:
, (2.10)
где – коэффициент, зависящий от коэффициента относительной поперечной деформации грунта и приблизительно равный для песков – 0,8; супесей – 0,7; суглинков – 0,5 и глин – 0,4.
Компрессионные испытания следует проводить с учетом условий работы грунта в основаниях, образцы из которых испытывают с ненарушенной структурой и при естественной влажности.
На очертание компрессионных кривых образцов, взятых из глубоких горизонтов, оказывает влияние предшествующая геологическая история нагружения грунта. Грунты, залегающие на большой глубине, бывают уплотнены находящимися над ними слоями. Степень уплотнения некоторых из них может быть выше, чем при действующем на них давлении в настоящее время. Такие грунты называютпереуплотненными. Для переуплотненных грунтов компрессионная кривая имеет два участка (рис. 2.9): первый – до давлений, не превосходящих структурной прочности грунта Pstr, с очертанием, близким к линейному, и очень малыми уменьшениями коэффициента пористости и второй – криволинейный со значительными изменениями коэффициента пористости, что указывает на уплотнение грунта под нагрузкой, превосходящей структурную прочность грунта.
Что касается величины структурной прочности грунтов Рstr, то ее можно определить по компрессионной кривой, испытывая грунты малыми ступенями нагрузкой 0,002 – 0,01 МПа. Резкий перелом компрессионной кривой будет соответствовать достижению структурной прочности грунта.