Классическая модель грунта (грунтовой массы)

Если все поры грунта заполнены водой, а жесткие связи между частицами отсутствуют, то такая система называется грунтовой массой (рис.20).

В цилиндре 1 перемещается поршень 2. Между дном цилинд­ра и поршнем имеется пружина 3. Пространство в цилиндре под поршнем заполнено водой 4. В Цилиндре имеется отверстие с краном 5.

В такой модели вода в цилиндре соответствует грунтовой воде, пружина — минеральному скелету грунта. Если к модели грунта прикладывается нагрузка при закрытом кране 5, то ввиду не сжимаемости воды и минеральных частиц вся нагрузка передается на воду, находящуюся в порах грунта. Возникает нейтральное давление _Н (в воде), скелет не нагружен (эффективное, давление _э равно 0).

Рис.20. Механическая модель фунта:

1 - цилиндр; 2 - поршень; 3 -пружина:

4 - вода: 5 – кран.

При открывании крана 5 во­да начнет вытекать, давление в ней уменьшаться, а скелет нагружаться. В конечном итоге вся нагрузка будет воспринята скелетом. Замедленный выход воды на отверстия моделирует сопротивление оттока воды из грунта.

При устранении нагрузки возникает обратный процесс. Такая картина поведения характерна для глинистых грунтов. Вследствие малого коэффициента фильтрации отток воды из них происходит в течение какого-то, часто значительного, промежутка времени. Таким образом, в грунте можно различать три вида давлений, которые в любой момент времени удовлетворяют уравнению;

=_э +_Н

Здесь - общее (тотальное) давление;

_э - аффективное давление, воспринимаемое скелетом

_Н - нейтральное давление в поровой воде.

Описанная модель грунта является идеальной. В реальных условиях после приложения нагрузки не вся она воспринимается водой; после снятия нагрузки грунт не восстанавливает свой первоначальный объем;

скорость деформации грунта не всегда определяется скоростью оттока воды. Но всё же эта модель необходима для выяснения некоторых принципиальных моментов в поведении грунта.

Испытание глинистых грунтов

Испытание грунтов в условиях невозможности бокового рас­ширения производится в одометрах (рис. 24). Процесс сжатия (компрессия) глинистого грунта под постоянной нагрузкой про­исходит в течение более или менее продолжительного отрезка времени. При этом время, в течение которого наблюдается осадка, в зависимости от типа грунта может Определяться сле­дующими факторами.

Рис.21. Схема уста­новки для компрессионного уплотнения:

1 - станина; 2 - кольце 3 - грунт; 4 - штамп;

5 - индикатор часовой типа; 6 – фильтры.

Во-первых, промежуток времени деформации может зависеть от условия оттока воды из грунта. Однако как показывает опыт, даже в сухих грунтах деформация не происходит мгновенно. Поэтому, во-вторых, время деформирования может определяться свойствами грунта как вязко - пластического тела.

И наконец, время деформирования может зависеть одновремен­но от условий отжатия воды и вязко-пластических свойств грунта.

При испытании грунта выясняют два основных вопроса;

1) зависимость нарастания деформаций во времени при постоянной нагрузке, что позволяет оценить продолжитель­ность деформации;

2) зависимость конечной деформации от величины нагруз­ки, определяющую величину полной осадки.

Порядок испытания глинистого грунта на сжатие заключает­ся в следующем. К грунту прикладывают первую ступень нагруз­ки б' и наблюдают его осадку. После прекращения осадки нагрузку на грунт увеличивают до “ и т.д. По результатам строят зависимость относительной осадки от нагрузки (рис. 22)

Графики.

Рис.22. Зависимость ξ=f(t) при испытании грунта на сжатие.

До полученным данный можно установить полную, необратимую и обратимую деформации грунта (соответственно e_n;e_H;e₀)

Поведение грунта под нагрузкой в графической форме представляется в виде зависимостей =f() и e=f() (рий.23). Зависимость получается =f() непосредственно на рис. 22. При этом каждой нагрузке ставится в соответствии

Рис.23. Результаты испытания грунта на сжатие.

1 – зависимость е=f(σ); 2 – Зависимость ξ=f(σ).

График e=f() получа­ют путем пересчета зависимости =f() и замены значений  на значения е по формуле

e _n= e₀_n(1+e₀); =h/h

где е₀- начальный коэффициент пористости;

е_n и _n- коэффициент пористости и относительная дефор­мация при n -ой нагрузке.

Справедливость последней формулы можно доказать так. При изменении нагрузки на грунт коэффициент пористости уменьшается (рис.24) или увеличивается на какое-то значение, за­висящее от деформации h_n . После преобразования получается выражение, идентичное приведенному выше (обозначения ясны из рис. 24):

.

Рис.24. Сжатие объема грунта в условиях невозможности бокового расширения