- •Лекция 4 Механические свойства грунтов
- •4.1 Общие замечания
- •Механическими называются те свойства грунтов, которые характеризуют их поведение под нагрузкой.
- •4.2 I группа. Компрессионные свойства грунтов (сжимаемость).
- •Относительное изменение коэффициента пористости пропорционально изменению нагрузки (для малых интервалов нагрузок).
- •4.3 II группа. Сопротивление грунтов сдвигу.
- •Результаты испытаний
- •Сопротивление грунта сдвигу есть функция первой степени от нормального давления (при консолидированном состоянии грунта).
- •2Х срезные сдвиговые приборы
- •- Определяет прочность грунта
- •Работ на 61000 м3 на 1 км канала.
- •4.4 III группа. Фильтрационные свойства грунтов
- •4.5 Эффективные и нейтральные давления в грунтовом массиве
Лекция 4 Механические свойства грунтов
4.1 Общие замечания
Механическими называются те свойства грунтов, которые характеризуют их поведение под нагрузкой.
Все механические характеристики грунта делятся на 3 группы:
I гр. – для оценки деформативных свойств грунта.
(mо) – коэффициент сжимаемости основания , , МПа-1.
(mv) – приведённый коэффициент сжимаемости основания.
Ео - модуль общей деформации , МПа.
I I гр. – для оценки прочностных свойств грунтов.
- угол внутреннего трения (град.).
С – коэффициент сцепления , .
III гр. – для оценки фильтрационных свойств грунта.
Кф – коэффициент фильтрации , .
Ј – гидравлический градиент
– расход воды
Для определения деформативных свойств грунтов проводятся компрессионные испытания. Компрессионные сжатие моделирует процесс уплотнения грунта под фундаментом.
4.2 I группа. Компрессионные свойства грунтов (сжимаемость).
Все механические свойства грунтов определяются опытным путем
(полевые и лабораторные исследования).
Рассмотрим, прежде всего, те приборы, с помощью которых
определяются эти свойства. И сследуем грунт ненарушенной структуры, помещая его в одометр.
Р1 Р2 Прикладываем нагрузку Р1 -
произойдет уплотнение грунта и коэф.
пористости станет е1. Нагрузка Р2 е2.
е1 е2 и т.д. (4 – 5 ступеней)
По результатам испытаний строим график компрессионной кривой (к к).
|
|
Из графика видно, что происходит необратимое уплотнение грунта. Нас интересует в основном только прямая ветвь к.к., обратная ветвь к.к. – возможность поднятия дна, при глубоких котлованах (гидротехническое строительство). |
Если h
0,5 b
h
|
Изобразим снова компрессионную кривую:
е
е
Р
|
На небольшом участке рассмотрим приращение нагрузки Р и получим соответств. е. Заменим дугу прямой и рассмотрим угол . е = tg Р ( - ) – с увеличением нагрузки - уменьшается. В дифференциальной форме: d e = tg Р tg = mо и тогда de = mо dР -основная математическая форма закона компрессии. |
Относительное изменение коэффициента пористости пропорционально изменению нагрузки (для малых интервалов нагрузок).
е гравий
торф
Р |
Компрессионная кривая позволяет судить о сжимаемости грунта.
- может характеризовать сжимаемость. |
i
е о е1 еi е2
р1 рi р2 Р
Р |
Возьмем произвольную точку i на прямой, в пределах отрезка Р1- Р2. Составим уравнение для этой точки, исходя из начального параметра ео еi = ео – рi tg - это основное уравнение, характеризующее компрессию в выбранном варианте. Рассмотрим подробнее . tg = mo= , mo – коэффициент сжимаемости грунта. |
Для того чтобы получить mo, необходимо выделить
определенный интервал:
Р1 – напряжение от собственного веса грунта.
Р – дополнительное давление от внешней нагрузки.
Р2 – полное напряжение (Р2 = Р1 + Р)
Окончательно: mo = , ,
Если:
mo < 0,005 – грунт мало сжимаемый
mo = 0,005 0,05 – грунт средне сжимаемый
mo > 0,05 - грунт сильно сжимаемый
Итак:
При изысканиях отбирают пробы грунта, строят график к.к. и определяют mo – это делают обычно инженеры – геологи, а строители оценивают свойства грунта по показателям, полученным от геологов.
О
mv =
сновной расчёт оснований по II предельному состоянию – по деформациям. В формулу расчёта осадки входит величина - коэффициента относительного сжатия грунта.
S = h mv P – прямо пропорциональная связь.
Таким образом mо – является той характеристикой, которая как правило, решает выбор основания - можно строить или нельзя (тогда возникает необходимость перехода на искусственное основание).
В России существует ещё одна характеристика сжатия грунта - Ео –модуль общей деформации грунта.
Ео = =
(Как закон Гука, но там используется модуль упругой деформации Е)
Е о – характеризует упругие + остаточные деформации
(эти деформации не разделяются, так как в большинстве случаев для здания это не имеет никакого значения).
Е о= , где -- коэфф. Пуассна
mo (mv)
Сжимаемость грунта характеризуется
Ео
Испытания грунтов пробными статическими нагрузками и определение модуля деформации Ео .
Выполняя отбор проб для испытания грунтов, мы нарушаем его структуру и, следовательно, нарушаем его свойства. Поэтому производят полевые испытание грунта штампами: большого и малого диаметра.
|
Стандартный штампа F = 5000 см2 Нагрузка увеличивается ступенями = 0,05 МПа Наблюдаем за осадкой нашего штампа. Так как нагрузку задаем сами, то в любой момент времени знаем Р. Такая задача решена в теории упругости. |
- формула Шлейхера – Буссинеска
- коэффициент, зависящий от жёсткости штампа.
b – ширина штампа
- коэффициент бокового расширения грунта (коэфф. Пуассона)
Е0 - модуль общей деформации.
Достоинства:- испытание грунта ненарушенной структуры
Недостатки:- трудоемкость;- продолжительность испытаний