Сжимаемость грунта закон уплотнения

Лекция 1. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ МЕХАНИКИ ГРУНТОВ

I. СЖИМАЕМОСТЬ ГРУНТОВ, ЗАКОН УПЛОТНЕНИЯ

Сжимаемость грунтов – способность грунтов изменять свое строение (упаковку твердых частиц) под влиянием внешних воздействий на более компактное за счет уменьшения пористости

Для установления основных показателей сжимаемости грунтов производятся их испытания на уплотнение под нагрузкой, когда деформации грунта могут развиваться только в одном направлении и никакие другие силы, кроме внешней нагрузки, не действуют.

Для испытания грунтов на сжимаемость применяются приборы с жесткими стенками (одометры, илл.1) для обеспечения сжатия грунта только в одном направлении (без возможности бокового расширения).

Илл. 1. Схема одометра

Нагрузку на поверхность грунта прикладывают отдельными возрастающими ступенями. Каждому приращению внешнего давления соответствует определенное изменение влажности w. Зависимость между влажностью и давлением можно изобразить в виде графика: график носит название компрессионной кривой (илл. 2).

Исследования показали, что компрессионные кривые применимы для оценки сжимаемости любых связных материалов, но для материалов водопроницаемых (например, песков) не могут быть построены по изменению влажности, так как при прекращении нагрузки первоначальная влажность восстанавливается почти мгновенно.

Илл. 2. Компрессионная кривая

Более общий метод построения компрессионных кривых – метод определения коэффициента пористости по осадкам образцов грунта при уплотнении их в компрессионном приборе.

В общем случае коэффициент пористости е есть отношение объема пор к объему твердых частиц. Таким образом, коэффициент пористости грунта при любой ступени нагрузки:

где е 0 – начальный коэффициент пористости грунта, Δni – изменение объема пор от начала загружения. Изменение объема пор равно произведению осадки S на площадь образца F: Δni = S · F (илл.3);

Илл. 3. Изменение объема пор в образце

n – объём пор в единице объема;
m – объём твердых частиц в единице объема;

Далее: объем твердых частиц во всем объеме образца:

где h – начальная высота образца (илл.3).

Указанной формулой пользуются для вычисления коэффициентов пористости, соответствующих данным ступеням нагрузки, а по ним строят и всю компрессионную кривую (илл. 4).

Если ограничиться небольшим изменением давлений (1-3 кг/см 2 , что обычно и имеет место в основаниях сооружений), то с достаточной для практических целей точностью можно принять соответствующий отрезок компрессионной кривой (kl) за прямую. Отсюда:

Тангенс угла наклона отрезка компрессионной кривой к оси давлений характеризует сжимаемость грунта в рассматриваемом диапазоне давлений, так как чем больше угол наклона α, тем больше будет сжимаемость грунта. Эта величина называется коэффициентом сжимаемости грунта:

Коэффициент сжимаемости может быть выражен через значения давления и коэффициента пористости для заданного интервала давлений:

то есть коэффициент сжимаемости равен отношению изменения коэффициента пористости к величине действующего давления. Для отрезка k’l’ кривой разгрузки (набухания) тем же путем:

где aн = tg α’ — коэффициент набухания.

Сформулируем закон уплотнения. Уравнение (1) описывает изменение коэффициента пористости только для спрямленного участка компрессионной кривой и поэтому является приближенным. Но если изменения давлений будут бесконечно малыми, то изменения коэффициента пористости будут точно пропорциональны изменению давления:

Полученное соотношение называется законом уплотнения грунтов: бесконечно малое изменение относительного объема пор грунта прямо пропорционально бесконечно малому изменению давления.

II. ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ ГРУНТОВ, ЗАКОН ЛАМИНАРНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ

Водопроницаемость – способность фильтровать воду. Скорость напорного движения грунтовых вод зависит от размеров пор грунта, сопротивлений по пути фильтрации и величины действующих напоров (илл.5).

Илл. 5. Напорные грунтовые воды

Здесь Н1 и Н2 – напоры; L – длина пути фильтрации; Н = Н2 — Н1 – потеря напора или «действующий напор». Если линии токов воды (движения частиц в потоке) нигде не пересекаются друг и другом, то такое движение называется ламинарным, при наличии пересечений и завихрений движение называется турбулентным. В грунтах в большинстве случаев движение воды будет ламинарным (опыты Пуазейля, Дарси и другие).

Ламинарное движение воды происходит с тем большей скоростью, чем больше уклон поверхности уровня грунтовых вод (так называемый «гидравлический градиент»).

Гидравлический градиент равен отношению потери напора Н= Н2— Н1 к длине пути фильтрации L:

Закон ламинарной фильтрации: расход воды в единицу времени через единицу площади поперечного сечения грунта (скорость фильтрации) прямо пропорционален гидравлическому градиенту i:

где kф — коэффициент фильтрации, равный скорости фильтрации при градиенте i = 1 [см/сек, см/год]. Коэффициент фильтрации зависит от типа грунта и определяется экспериментально.

Зависимость скорости фильтрации от гидравлического градиента i. Для водопроницаемых грунтов (пески, галечники) зависимость прямая (илл. 6).

Илл. 6. Зависимость скорости фильтрации от гидравлического градиента

Фильтрация воды в глинистых грунтах начинается при достижении некоторой начальной величины градиента i, преодолевающей внутреннее сопротивление движению, оказываемое водно-коллоидными пленками. На рисунке (илл.6) изображены экспериментально найденные зависимости скорости фильтрации vф от гидравлического градиента i. Здесь i0 — начальный гидравлический градиент

В результате закон ламинарной фильтрации для связных грунтов будет иметь вид: vф = kф · (i – i0).

Сжимаемость грунтов


Закон уплотнения

Отличительной особенностью (свойством) грунтов как дисперсных тел является их значительная сжимаемость при уплотняющей нагрузке, коагуляции (от лат. — свертывание, сгущение) коллоидов (от греч. — клей + вид) и др. Таким образом, сжимаемостью грунта называется его способность уменьшаться в объеме (деформироваться) от внешней нагрузки.

Грунт состоит из твердых частиц и пор, которые частично или полностью заполнены водой. Поскольку напряжения сжатия, возникающие обычно в основаниях зданий и сооружений, сравнительно небольшие, так как объемные деформации твердых частиц (кварца, полевого шпата и др.) ничтожно малы и их не учитывают, то можно считать, что изменение объема грунта при сжатии происходит только из-за изменения объема его пор.

Сжимаемость грунта зависит от его пористости, фанулометрического и минералогического составов, природы внутренних структурных связей и характера нагрузки.

Сжимаемость грунтов обусловливается следующими причинами:

  • уменьшением пористости грунтов под воздействием внешних нагрузок вследствие переупаковки твердых частиц;
  • уменьшением толщины водно-коллоидных оболочек минеральных частиц под влиянием увеличивающегося внешнего давления;
  • изменением физического состояния.

Сжатие грунтов под нагрузкой называется осадкой, или деформацией, грунтов.

Деформации грунтов имеют упругий и пластический характер. Упругие деформации возникают под действием нагрузок, не превышающих структурной прочности грунта. При снятии таких нагрузок происходит восстановление деформаций.

Если нагрузки превышают структурную прочность грунта, то связи между частицами (скелет грунта) разрушаются. Возникают так называемые пластические деформации, которые вызваны относительным перемещением частиц. Скорость развития пластических деформаций зависит от вида грунта, например, в песках крупных и средней крупности, крупнообломочных и трещиноватых скальных грунтах она на несколько порядков выше, чем в глинистых.

В свою очередь пластические деформации в грунтах можно разделить на объемные и сдвиговые. Объемные деформации приводят к изменению объема пор в грунте, т.е. его уплотнению, а сдвиговые — к изменению его первоначальной формы и могут вызывать разрушение грунта.

Испытание грунтов на сжатие производится следующими видами:

Сжимаемость грунтов. Закон уплотнения

Компрессионная зависимость. Закон уплотнения.

Сжимаемость грунтов – способность их уменьшаться в объеме (давать осадку) под действием внешнего давления. Степень сжимаемости грунтов зависит от структуры грунта и является важной характеристикой механических свойств грунта, которая используется для расчета осадок зданий и различных сооружений. Сжимаемость грунтов обусловлена изменением их пористости при приложении нагрузки и происходит за счет возникновения взаимных сдвигов частиц. Уменьшения толщины водно-коллоидных пленок отжатия воды в водонасыщенных грунтах и за счет разрушения кристаллизационных связей в сильно структуированных грунтах. В связи с тем, что сжимаемость грунтов связана с уменьшением их пористости, в механике грунтов принято характеризовать сжимаемость грунта зависимостью коэффициента пористости е от уплотняющего давления Р. Эта зависимость называется компрессионной и определяется в лабораторных условиях экспериментально в приборах двух типов: -одометре (приборе одноосного сжатия с жесткими боковыми стенками обоймы, в которую заключен образец грунта) называемым также компрессионным прибором; -стабилометре (приборе трехосного сжатия с эластичными боковыми стенками, в которые заключен грунт).

При относительно малых давлениях

Также можно сформулировать по-другому: изменение коэффициента пористости прямо пропорционально изменению давления. .

40. Метод статического зондирования.Зондированием грунта называется погружение в грунт конуса стандартного размера. Зондирование служит для оценки плотности песчаных грунтов и консистенции глинистых грунтов, выявления слабых прослоек грунта. При статическом зондировании измеряется усилие погружения (задавливания домкратом) конуса. В результате статического зондирования строятся графики зависимости удельного сопротивления погружению конуса с углом при вершине 60° в зависимости от глубины залегания грунтов, в которые он вдавливается. При этом боковое сопротивление погружению штанги, на которую насажен конус, исключается. После проведения зондирования выявляются слабые слои грунтов основания и дается не только качественная, но и количественная оценка сопротивления грунтов внедрению конуса Рисунок. Интерпретация результатов зондирования по глубине, м

39. Метод динамического зондирования.Зондированием грунта называется погружение в грунт конуса стандартного размера. Зондирование служит для оценки плотности песчаных грунтов и консистенции глинистых грунтов, выявления слабых прослоек грунта. При динамическом зондировании — количество ударов, необходимое для погружения конуса также на заданное расстояние по глубине.

В результате динамического зондирования строятся графики зависимости количества ударов для погружения стандартного конуса (на 10 см) или пробоотборника в зависимости от залегания тех или иных пластов грунта. После проведения зондирования выявляются слабые слои грунтов основания и дается не только качественная, но и количественная оценка сопротивления грунтов внедрению конуса. Рисунок. Интерпретация результатов зондирования по глубине

Дата добавления: 2015-07-04 ; просмотров: 228 . Нарушение авторских прав

СЖИМАЕМОСТЬ ГРУНТОВ. ЗАКОН УПЛОТНЕНИЯ

Так как грунт состоит из твердых частиц и пор, которые частично или полностью заполнены водой, теоретически при его сжатии должны уменьшаться объемы всех трех компонентов: твердых частиц, воздуха (газа) и воды. Поскольку напряжения сжатия, возникающие обычно в основаниях сооружений, срав­нительно небольшие, объемные деформации твердых частиц, со­стоящих из таких материалов, как кварц и полевой шпат и др., ничтожно малы и не учитываются. Следовательно, можно счи­тать, что изменение объема грунта при сжатии происходит только из-за изменения объема пор.

Вследствие упругих деформаций скелета (частиц) грунта, тонких пленок воды, расположенных между частицами, упруго­го сжатия пузырьков воздуха, а также сжатия поровой воды, содержащей растворенный воздух, могут происходить упругие изменения объема грунта. Такие деформации грунта, как пра­вило, во много раз меньше остаточных. Последние развиваются, когда возникающие в грунте напряжения превышают его струк­турную прочность. В конечном счете остаточные деформации приводят к уплотнению (уменьшению пористости) грунта.

Деформации уплотнения развиваются в результате сдвигов или смещений отдельных частиц грунта относительно друг дру­га, а также при разрушении частиц, особенно в точках их кон­тактов. Деформации уплотнения пылевато-глинистых грун­тов чаще всего протекают медленно во времени. Это объясня­ется прежде всего тем, что при уплотнении из пор водонасы-щенного грунта должна быть выдавлена вода, без этого грунт уплотняться не может, так как вода практически не сжимается. Процесс же выдавливания воды из водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов вследствие их малой водопроницаемости продолжается длительное время. Медленное развитие деформа­ций как уплотнения, так и сдвигов обусловливается, кроме того, ползучестью связанной воды, окружающей твердые частицы, и ползучестью самого скелета грунта.

где et — коэффициент пористости при давлении рс, еа — начальный коэффи­циент пористости грунта; Сс — коэффициент компрессии (параметр кривой!; ро — давление, при котором начинается первичное сжатие грунта.

Продифференцировав выражение, получим

Давление в грунте основания промышленных и гражданских зданий и сооружений обычно изменяется в небольших пределах. Чаще всего оно повышается не более чем до 0,3 МПа и в ред­ких случаях до 0,6 МПа. При таких давлениях секущая АВ (см. рис. 2.2, б) близка к кривой, т. е. для расчетов можно пользо­ваться уравнением (2.3). Продифференцировав его, получим

(2.3)

Правая часть этого равенства является относительной деформацией грунта. Поскольку для определенного грунта и данного изменения давления величина mg постоянна, относительная деформация грунта прямо пропорциональна давлению. Следовательно, грунт можно считать линейно деформируемым телом.

Закон уплотнения грунтов;

Показатели свойств

Показатели свойств различных торфов

В таблице (Приложение 1 и приложение 2) приведены основные показатели свойств торфа для основных типов торфяных залежей в условиях естественного залегания.

Рассмотрены: средняя глубина (Н,м ;степень разложения (R,%), средняя зольность на сухое вещество (А,% ; содержание фракций размером больше 250 мкм ( Р250 % ); показатель кислотности ( рН ); среднее влагосодержание ( W,%); коэффициент пористости ( e ); удельное сопротивление сдвигу при испытаниях торфяной залежи на срез с помощью 4– х лопастной крыльчатки (t ,КПа); удельное сопротивление торфа погружению стандартного конусного наконечника при зондировании торфяной залежи (ɡ , КПа ).

3. Основные закономерности механики грунтов

1. Закон уплотнения – характеризует сжимаемость грунтов. Показатель коэффициента уплотнения, нужный для расчёта осадок фундамента.

2. Водопроницаемость грунтов подчиняется закону ламинарной фильтрации, характеризуется коэффициентом фильтрации. Является показателем скорости осадки грунтовых оснований.

3. Контактная сопротивляемость сдвигу – характеризуется предельным сопротивлением сдвигу, оценивается коэффициентом внутреннего трения и сцеплением грунта. Используется для расчётов предельной прочности, устойчивости и давления на ограждения.

4. Структурно – фазовая деформируемость подчиняется принципу общей и линейной деформируемости. Оценивается модулем деформируемости и используется для определения напряжений и деформаций в грунте.

Сжимаемость заключается в способности грунтов изменять своё строение на более компактное за счёт уменьшения пористости. (под влиянием нагрузки, при уменьшении влажности, при коагуляции и других воздействиях)

Сжатие может происходить под воздействием кратковременных динамических нагрузок и от продолжительных статических, которые называют компрессионными.

Сжатие грунтов зависит от давления, влажности и коэффициента пористости.

Графически эти связи : e = f(p) изображают в виде кривых, называемых компрессионными.

Рис 3.1 Компрессионные кривые

1 — кривая уплотнения

2 — кривая набухания

Коэффициент пористости изменяется при осадке слоя грунта под нагрузкой. Осадку измеряют с помощью прибора одометра, в котором исключено боковое расширение грунта.

Рмс 3.2 Схема одометра

Верхний и нижний диски могут иметь отверстия для удаления не связанной жидкости. По объёму удаляемой жидкости наблюдают за изменением пористости грунта, т.к. все поры в водонасыщенном торфе заполнены водой.

Коэффициент пористости е–это отношение объёма пор к объему твёрдых частиц.

ei – коэффициент пористости при i — той нагрузке.

е0 – начальная пористость; ∆ni — изменение объёма пор от начала приложения нагрузок до Pi ;

Si – полная осадка образца при i — той нагрузке (Pi), измеренная от начала нагружения.

,

где F-площадь сечения образца; h-начальная высота. Отсюда:

По значениям коэффициента пористости ei строят компрессионные кривые.

В полулогарифмических координатах (e=f(ln P)) изменение е будет линейным ( для давлений превышающих структурную прочность материала, P0).

Рис 3.3 График зависимости e=f(ln P)

Тангенс угла наклона полулогарифмической кривой к оси давления, характеризующий сжимаемость грунтов в большом диапазоне давлений, называется коэффициентом компрессии Ce

При малом изменении давления (Р12) не прибегая к логарифмированию, с достаточной практической точностью можно считать, что ei =eo— tgα Pi ,

где tgα — характеризует сжимаемость грунта на участке Р12. .

Рис 3.4 Спрямление кривой сжимаемости в малом диапазоне давлений

где mo – коэф. сжимаемости

,

обозначим действыющее давление Р 2 — Р 1 = Р, тогда:

Т.е. коэффициент сжимаемости равен отношению изменения коэффициента пористости к величине действующего давления.Отсюда:

Сжимаемость грунтов. Закон уплотнения.

Сжимаемость грунтовсвойство, существенно отличающее грунты от массивных горных пород и других твердых тел, и заключается в способности грунтов изменять свое строение под влиянием внешних воздействий на более компактное за счет уменьшения пористости грунта.

Компрессионные испытания грунтов в лабораторных условиях проводятся в компрессионных приборах (одометрах). Конструкции их бывают разные, в зависимости от способа приложения нагрузки и целей испытания (рис. 5.3 стр. 152).

Рис.5. Схема одометра компрессионного прибора:

1 – образец грунта, 2 – металлическое кольцо, 3 – днище, 4 – тонкие отверстия в днище и штампе, 5 – штамп, 6 – индикаторы часового типа.

При испытании грунта на компрессию предварительно определяют плотность грунта , плотность частиц грунта и природную влажность Wгрунта, по которым вычисляют начальный (до сжатия) коэффициент пористости грунта

Поскольку уплотнение и разрушение грунта происходит из-за изменения пористости, результаты компрессионных испытаний представляют в виде зависимости коэффициента пористости грунта от сжимающего напряжения. Опытами было установлено, что каждому приращению внешнего давления соответствует определенное изменения влажности. Зависимость между влажностью и давлением можно изобразить в виде кривой, которая носит название компрессионной кривой. Так как для полностью водонасыщенных грунтов существует закономерная связь между влажностью и коэффициентом пористости, то компрессионную кривую легко перестроить в координатах «коэффициент пористости – давление».

Имея начальный коэффициент пористости , любой последующий , определяется по формуле:

;

где е0 – начальный коэффициент пористости грунта;

ni – изменение пористости грунта от начала загружения;

m – объем твердых частиц в единице объема грунта.

Рис.6. Компрессионные кривые:

а) в координатах «давление – влажность»; б) то же «давление – коэффициент пористости»; 1 – кривая уплотнения; 2 – кривая набухания.

Изменение объема пор ∆ni численно равно произведению осадки siна площадь образца F, т.е.

,

а объем твердых частиц в грунте:

;

где h – начальная высота образца.

Подставляя полученные величины в исходное выражение, получим:

.

Для оценки сжимаемости грунта в диапазоне реальных (строительных) нагрузок компрессионную кривую можно заменить прямой линией АВ. Рассмотрим уравнение компрессионной кривой. Если ограничиться небольшим изменением давлений (порядка 0,1-0,3 МПа, что обычно и имеет место в основаниях сооружений), то с достаточной для практических целей точностью можно принять отрезок прямой АВкомпрессионной кривой за прямую.

Рис. 7. Компрессионная кривая.

Уравнение этой кривой, проходящей через точки А и В, согласно обозначениям на рисунке:

.

Величина характеризует сжимаемость грунта в пределах изменения напряжения от Р1 до Р2, поэтому ее называют коэффициентом уплотнения (сжимаемости) и обозначают буквой :

.

Обозначив p2p1 = p как приращение давления, получим:

.

Коэффициент сжимаемости – расчетная характеристика сжимаемости грунтов, которая используется при определении осадок сооружений. С помощью этого коэффициента можно производить качественную оценку грунта как основания зданий и сооружений:

— грунт мало сжимаемый;

— грунт средней сжимаемости;

— грунт сжимаемый.

Подставив полученное выражение вместо tg α в исходное уравнение, получим уравнение прямолинейного отрезка компрессионной кривой:

.

После дифференцирования этого уравнения можно записать:

( mv*pi=si /h)

Эта зависимость выражает закон уплотнения (компрессии) грунта: изменение относительного объема пор грунта пропорционально изменению давления.

Дата добавления: 2015-09-11 ; просмотров: 3185 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

1. Сжимаемость грунтов. Закон уплотнения

Для большого диапазона изменения давления компрессионная кривая первичного сжатия описывается логарифмической зави­симостью

Где Ck — постоянная величина.

Следовательно, при первичном сжатии изменение коэффици­ента пористости грунта прямо пропорционально изменению дав­ления и обратно пропорционально суммарному давлению. Эту зависимость применяют либо при рассмотрении деформаций очень слабых грунтов, либо при изменении давления в значи­тельных пределах.

(2.3)

Поэтому закон компрессии грунта формулируется так: изменение коэффициента пористости грунта прямо пропорционально изменению давления.

Однако в ряде случаев это положение приводит к значитель­ным расхождениям между рассчитанными и наблюдаемыми в натуре деформациями. Поэтому в последнее время исследователи стремятся учесть нелинейную зависимость между напряжениями и деформациями.

Смотрите так же:

  • Приказ мо днр Приказ мо днр 18 июня 2014 года В связи с возложением функций управления «Гуманитарным батальоном «Новороссия», на территории иностранных государств, в том числе в России, на Министра Иностранных дел ДНР Губареву Е.Ю. доводим до сведения всех заинтересованных лиц содержание Приказа Министра обороны ДНР : ДОНЕЦКАЯ НАРОДНАЯ РЕСПУБЛИКА […]
  • Статья 209 210 ук рф Бандитизм. Организация преступного сообщества или участие в нем. Бандитизм (ст. 209 УК РФ). Основной объект преступления — общественная безопасность, дополнительный объект — жизнь и здоровье людей, собственность. Объективная сторона бандитизма заключается в следующих действиях: 1) создание устойчивой вооруженной группы (банды); 2) […]
  • Когда предьявляют иск предъявлять иск Большой англо-русский и русско-английский словарь . 2001 . Смотреть что такое "предъявлять иск" в других словарях: Иск — имеет два значения: 1) И. есть юридическая возможность защищатьсвое гражд. право судебным порядком; напр. А в праве требовать от Буплаты суммы 100 р.; для осуществления этого права А имеет иск. 2) […]
  • Негационный иск О ДЕЙСТВИИ СТАТЬИ 411 ГК РФ В ОТНОШЕНИИ ОБЯЗАТЕЛЬСТВ С ИСТЕКШЕЙ ИСКОВОЙ ДАВНОСТЬЮ В гражданском обороте часто встречаются обязательства с истекшей исковой давностью (так называемые "натуральные обязательства"). Могут ли они являться предметом зачета? Судебная практика в этом вопросе противоречива. Автор пытается найти ответ на […]
  • Заявление на аттестацию преподавателя спо Аттестация преподавателей СПО Прохождение аттестации один раз в пять лет - обязанность педагогического работника СПО.Виды аттестации педагогических работников СПО:1) на соответствие квалификационной категории (первой или высшей);2) на соответствие занимаемой должности.Ответственные за аттестацию педагогических работников СПО: Колледж […]
  • Наследование авторских прав Наследование авторских прав 8.12. Наследование авторских прав Как указано в п. 2 ст. 1110 ГК, наследование регулируется настоящим Кодексом и другими законами, а в случаях, предусмотренных законом, иными правовыми актами. С 1 января 2008 г. вступает в силу часть четвертая ГК, которая и будет регулировать авторское право. Согласно ст. […]