Механика грунтов. Лекция №4

Испытания по схеме трехосного сжатия

Цилиндрический образец грунта 4 помещается в рабочую камеру прибора 7 заполненной водой. Образец покрывают тонкой резиновой оболочкой 6. Нормальное напряжение 1 создается через штамп 2, боковое напряжение2= 3 создается жидкостью рабочей камеры. Измерения давления в камере производится манометром 3, вертикальные перемещения – индикаторами 5. Для отвода воды из образца или его насыщения в процессе испытания используется система дырчатых штампов и поддона с трубками, перекрытая кранами 1. Для определения горизонтальных перемещений используется тонкая стеклянная трубка (волюмометр 8) и позволяющая измерить объем жидкости вытекающей из рабочей камеры

В стабилометре можно определить как деформационные так и прочностные характеристики, причем в первом случае опыт можно проводить в условиях компрессионного испытания, так и по схеме трѐхосного сжатия. При компрессионном испытании кран волюмометра перекрывается и с помощью манометра определяется боковое давление на образец грунта.

По показаниям индикаторов определяют вертикальную деформацию 1, по уменьшению объема жидкости в рабочей камере – боковые деформации 2= 3, по показаниям манометра – боковые напряжения 2= 3 и находят значения модуля объемного сжатия К и модуля сдвига G.

Прочностные характеристики грунта определяются испытанием нескольких образцов-близнецов. К каждому образцу прикладывается постоянное, но разное для каждого образца боковое давление

Для каждого из этих образцов определяется значение 1, соответствующее разрушению. Очевидно что

Строят круги Мора Касательная к этим кругам позволяет определить

параметры сопротивления грунта сдвигу и C

Изложенное выше справедливо для грунтов в стабилизированном состоянии (осадка от действия сжимающего напряжения завершилась).

Для нестабилизированного состояния - поровое давление

Полевые способы определения прочности грунтов

Испытания шариковым штампом (Н.А.Цытович)

Позволяет определить изменение прочностных свойств с течением времени

Зондирование основано на определении сопротивления погружению в грунт наконечника-зонда (косвенный метод)

Статическое – медленное погружение в грунт зонда домкратом. Позволяет определить лобовое и боковое сопротивление грунта. В простейшем случае измеряют удельное сопротивление погружению зонда qc (МПа) и строят график. Можно определить:

Модуль деформации

Динамическое – забивка или ударно-вращательное погружение.

При этом определяется показатель зондирования N равный числу ударов необходимых для погружения зонда на 10 см. Зная удельную энергию установки определяют динамическое сопротивление грунта qd – позволяет судить о плотности песчаного грунта, их прочностных и деформационных показателей, а так же ориентировочное значение Е суглинков и глин.

Водопроницаемость грунтов

Свойство водонасыщенного грунта под действием разности напоров пропускать через свои поры поток воды.

Зависит от пористости, гранулометрического и минерального состава, градиента

Скорость фильтрации прямо пропорционально разности

(6)

напоров ( Н=Н1-Н2) и обратно пропорционально длине пути L

i – гидравлический градиент (градиент напора), равный потере напора по длине пути фильтрации

k – коэффициент фильтрации, равный скорости фильтрации воды при i =1 [см/с; м/сут]

всегда определяется экспериментально

1 – график песчаного грунта

2 – пылевато-глинистые грунты

При небольших значениях градиента напора в пылевато-глинистых грунтах фильтрация может не возникать. Увеличение градиента приводит к постепенному развитию фильтрации. При некотором значении градиента (i0 ) устанавливается постоянный режим фильтрации

Закон ламинарной фильтрации Дарси для пылевато-глинистых грунтов

- коэффициент фильтрации определяемый в интервале зависимости м-у точками а-б

i0 - начальный градиент напора

При i < i0 фильтрации в водонасыщенном грунте не происходит

Общая задача – расчет напряженно-деформированного состояния грунтов основания Современная Механика грунтов основывается на представлениях о грунтах

как о сплошной однородной деформированной среде.

Другим упрощением является представление его в виде изотропного тела (свойства в любом направлении одинаковы)

При проектировании наиболее ответственных сооружений используют

двухкомпонентную или трехкомпонентную модель грунта

Основные расчетные модели грунтов

Модель теории линейного деформирования грунта

Была обоснована трудами Н.А. Цытовича, В.А. Флорина, Н.М. Герсеванова, К. Терцаги, Н.П. Пузыревского.

Распространена в инженерной практике благодаря простоте и возможности использования хорошо разработанного математического аппарата теории упругости

для описания НДС (напряженно-деформированное состояние) грунтов.

•Базируется на предположении, что при однократном нагружении (или разгрузке) зависимость между напряжениями и деформациями линейна.

•Рассматривается общая деформация грунта без разделения на упругую и пластическую

Рассматривается не вся кривая осадок Оабв, а только отрезок Оа

Теория всегда требует установления предела применимости

При расчете напряжений в основании и осадок грунта пределом может служить среднее давление под подошвой фундамента (Р1 на графике)

Уравнения состояния модели линейного деформирования записывается в виде обобщенного закона Гука

Е – модуль общей линейной деформациикоэффициент Пуассона

Модель теории фильтрационной консолидации грунта

В наиболее простой постановке описывает деформирование во времени полностью водонасыщенного грунта

Модель Терцаги-Герсеванова

1.Полное давление разделяется на эффективное напряжение и давление в поровой воде

2.Время и скорость деформации определяется коэффициентом фильтрации

3.Скелет грунта принимается линейно деформированным, т.е. предел применимости тот же участок оа графика.

Теория предельного равновесия

Предельное состояние – это такое соотношение, между напряжениями, которое обеспечивает возможность неограниченного развития пластических деформаций (течение) грунта, а предельное равновесие – это состояние предшествующее течению грунта

Позволяет определить не только несущую способность, еѐ решение используется для расчѐтов устойчивости откосов и склонов.

Но в этой теории нельзя определить деформации грунта, т.е. величина осадок остаѐтся неизвестной S2.