Механика грунтов часть 2

II Механические свойства грунтов

1. Чем обусловлена сжимаемость грунтов? Для чего служит компрессионный прибор? Начертите его схему.

Сжимаемость грунтов – способность грунтов уменьшаться в объеме и давать осадку под действием нагрузки.

Сжимаемость грунта обусловлена упругостью кристаллической решетки частиц, уплотнением за счет более компактной упаковки твердых частиц и уменьшением объема грунта.

Компрессионный прибор служит для определения сжимаемости и фильтрации грунтов.

1. Вода (для полностью водонасыщенных материалов) или влажный пористый материал (для не полностью водонасыщенных материалов)

2. Поршень

3. Ванночка с водой

4. Металлическое кольцо одометра (высотой h)

5. Фильтрующее днище

6. Образец грунта

2. Какой вид имеет компрессионная кривая? Как определяется коэффициент сжимаемости m₀? Запишите закон сжимаемости.

Компрессионная кривая – кривая зависимости коэффициента пористости от давления; характеризует сжимаемость грунта.

e₁ – коэффициент пористости грунта при природном давлении p₁

e₂ – коэффициент пористости грунта при максимальном ожидаемом давлении p₂

Компрессионная кривая грунта (от p₁ до p₂) близка к секущей прямой AB:

e_i = e₀ – p_i·tgα

tgα характеризует сжимаемость грунта от p₁ до p₂, называется коэффициентом сжимаемости m₀:

m₀= tgα

,

p – дополнительное давление сверх природного p₁

m₀= tgα

– закон сжимаемости

3. Как определяется коэффициент относительной сжимаемости m_v? Формула расчета осадки.

(объемная деформация грунта, отнесенная к единице давления)

S_i – осадка грунта от давление p_i

h – глубина толщи грунта (высота кольца одометра)

e₀ – начальный коэффициент пористости

– формула осадки фундамента

H – глубина сжимаемой толщи под подошвой (ее надо определить)

S – осадка от давления p

4. Дать понятие коэффициента бокового давления грунта ξ?

;

Горизонтальные деформации

– коэффициент бокового давления грунта

ν – коэффициент Пуассона (отношение удлинения к утончению)

Коэффициентом бокового давления грунта ξ называется отношение приращения бокового давления (или ) к приращению вертикального давления при отсутствии боковых деформаций ().

() (измеряется от 0 до +1)

5. Как записывается закон Дарси? Как определяется коэффициент фильтрации k? Условная скорость фильтрации.

– закон Дарси (закон ламинарной фильтрации) – скорость ламинарной фильтрации прямо пропорциональна гидравлическому градиенту.

v_f – скорость фильтрации или объем воды, проходящей через единицу площади поперечного сечения грунта в единицу времени

k_f – коэффициент фильтрации, равный скорости фильтрации при гидравлическом градиенте, равном 1

i – гидравлический градиент, равный потере напора H, отнесенного к пути фильтрации L.

k – коэффициент фильтрации

,

Q – объем воды, профильтрованный за время t

A – площадь поперечного сечения образца.

Коэффициент фильтрации определяется на приборе (где потеря напора равна пути фильтрации, i=1)

Условная скорость фильтрации: – объем профильтровавшейся воды (Q) через единицу площади сечения образца (A) в единицу времени (t) при гидравлическом градиенте, равном 1.

6. Что такое градиент напора i, начальный градиент напора i_o?

i – гидравлический градиент, равный потере напора H, отнесенного к пути фильтрации L.

В плотном глинистом грунте, в порах которого нет свободной воды или она в относительно крупных порах, фильтрация начинается лишь при градиенте, необходимом для преодоления сопротивления ее движению водно-коллоидных пленок.

Тогда закон Дарси записывается:

Если действующий градиент напора меньше значения начального градиента (), фильтрация в водонасыщенном грунте не развивается.

7. Для чего служит прибор плоского сдвига? Начертите его схему.

Прибор плоского сдвига служит для определения предельного сопротивления сдвигу

S_r – степень влажности

δ – перемещение

T_i – горизонтальная сила

F – вертикальная сила

;

Несколько ступеней до разрушения образца

8. Запишите закон Кулона для сыпучего и связного грунта. Что такое давление связности?

Закон Кулона = закон сопротивления сдвига

Для сыпучих материалов:

Для связных материалов:

График сопротивления сдвигу связных грунтов:

p_e – давление связности

9. Как определяется угол внутреннего трения грунта φ, сцепление с глинистого грунта?

Угол внутреннего трения – это угол наклона прямолинейной части диаграммы.

с, φ – прочностные параметры грунта

для сыпучих грунтов:

для связных грунтов:

10. Дать определение структурной прочности грунта.

Структурная прочность грунта – способность грунта держать некоторую нагрузку до начала разрушения каркаса

11. Как определяются нормативные и расчетные характеристики физико-механических свойств грунтов?

При проектировании оснований зданий и сооружений используются расчетные значения характеристик грунтов, которые определяются на основе непосредственных испытаний в лабораторных или полевых условиях с последующей статистической обработкой результатов испытаний.

Нормативные значения характеристик грунтов определяют как среднеарифметическую величину частных результатов определений для каждого выделенного на площадке строительства инженерно-геологического элемента. Количество определений характеристик грунтов устанавливается в зависимости от степени неоднородности грунтов основания, класса здания или сооружения, требуемой точности вычислений.

Расчетные значения характеристик грунтов определяются по формуле: ,

где X_n – нормативное значение данной характеристики; γ_g – коэффициент надежности по грунту.

Расчетные значения характеристик грунтов определяются и используются потому, что нормативные значения, вследствие неоднородности грунта и ограниченного числа определений, могут содержать ошибку, которая должна быть исключена. Ошибка исключается методом статистической обработки результатов испытаний.

Коэффициент надежности по грунту γ_g при вычислении расчетных значений прочностных характеристик (удельного сцепления с, угла внутреннего трения нескальных грунтов φ, а также удельного веса грунта g) устанавливается в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определений и значения доверительной вероятности. Для прочих характеристик грунтов допускается принимать γ_g= 1.

Доверительная вероятность расчетных значений характеристик грунтов принимается при расчетах оснований по несущей способности равной 0,95, а по деформациям – 0,85.