18 Билет!!!!!
1.5. Прочность грунтов
Сопротивление грунта срезу характеризуется касательными напряжениями в предельном состоянии, когда наступает разрушение грунта [4]. Соотношение между предельными касательными τ и нормальными к площадкам сдвига σ напряжениями выражается условием прочности Кулона-Мора
τ = σ tgφ + c,
(1.5)
где φ — угол внутреннего трения; с — удельное сцепление.
ТАБЛИЦА 1.16. КОЭФФИЦИЕНТЫ m ДЛЯ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ, ДЕЛЮВИАЛЬНЫХ, ОЗЕРНЫХ И ОЗЕРНО-АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ГРУНТОВ ПРИ ПОКАЗАТЕЛЕ ТЕКУЧЕСТИ IL ≤ 0,75
Грунт |
Значения m при коэффициенте пористости e |
||||||
0,45 |
0,55 |
0,65 |
0,75 |
0,85 |
0,95 |
1,05 |
|
Супесь |
4,0 |
4,0 |
3,5 |
3,0 |
2,0 |
– |
– |
Суглинок |
5,0 |
5,0 |
4,5 |
4,0 |
3,0 |
2,5 |
2,0 |
Глина |
– |
– |
6,0 |
6,0 |
5,5 |
5,0 |
4,5 |
ТАБЛИЦА 1.17. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ СЦЕПЛЕНИИ c, кПа, И УГЛОВ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ φ, град, ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ
Песок |
Характеристика |
Значения с и φ при коэффициенте пористости e |
|||
0,45 |
0,55 |
0,65 |
0,75 |
||
Гравелистый и крупный |
с φ |
2 43 |
1 40 |
0 38 |
– – |
Средней крупности |
с φ |
3 40 |
2 38 |
1 35 |
– – |
Мелкий |
с φ |
6 38 |
4 36 |
2 32 |
0 28 |
Пылеватый |
с φ |
8 36 |
6 34 |
4 30 |
2 26 |
Примечание. Приведенные в таблице значения относятся к кварцевым пескам (см. табл. 1.12).
Характеристики прочности φ и с определяют в лабораторных и полевых условиях. Для предварительных, а также окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III класса допускается принимать значения φ и с по табл. 1.17 и 1.18.
1.5.1. Определение прочностных характеристик в лабораторных условиях
В практике исследований грунтов применяют метод среза грунта по фиксированной плоскости в приборах одноплоскостного среза. Для получения φ и с необходимо провести срез не менее трех образцов грунта при различных значениях вертикальной нагрузки. По полученным в опытах значениям сопротивления срезу τ строят график линейной зависимости τ = f(σ) и находят угол внутреннего трения φ и удельное сцепление с(рис. 1.5).
Рис. 1.5. Зависимость сопротивления срезу грунта τ от нормального напряжения σ
Различают две основные схемы опыта: медленный срез предварительно уплотненного до полной консолидации образца грунта (консолидировано-дренированное испытание) и быстрый срез без предварительного уплотнения (неконсолидировано-недренированное испытание).
ТАБЛИЦА 1.18. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ СЦЕПЛЕНИЯ c, кПа, И УГЛОВ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ φ, град, ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
Грунт |
Показатель текучести |
Характеристика |
Значения с и φ при коэффициенте пористости е |
||||||
0,45 |
0,55 |
0,65 |
0,75 |
0,85 |
0,95 |
1,05 |
|||
Супесь |
0<IL≤0,25 |
с φ |
21 30 |
17 29 |
15 27 |
13 24 |
– – |
– – |
– – |
0,25<IL≤0,75 |
с φ |
19 28 |
15 26 |
13 24 |
11 21 |
9 18 |
– – |
– – |
|
Суглинок |
0<IL≤0,25 |
с φ |
47 26 |
37 25 |
31 24 |
25 23 |
22 22 |
19 20 |
– – |
0,25<IL≤0,5 |
с φ |
39 24 |
34 23 |
28 22 |
23 21 |
18 19 |
15 17 |
– – |
|
0,5<IL≤0,75 |
с φ |
– – |
– – |
25 19 |
20 18 |
16 16 |
14 14 |
12 12 |
|
Глина |
0<IL≤0,25 |
с φ |
– – |
81 21 |
68 20 |
54 19 |
47 18 |
41 16 |
36 14 |
0,25<IL≤0,5 |
с φ |
– – |
– – |
57 18 |
50 17 |
43 16 |
37 14 |
32 11 |
|
0,5<IL≤0,75 |
с φ |
– – |
– – |
45 15 |
41 14 |
36 12 |
33 10 |
29 7 |
Примечание. Значения с и φ не распространяются на лёссовые грунты.
Значения φ и с, полученные по методике медленного консолидированного среза, используются для определения расчетного сопротивления грунта, а также для оценки несущей способности основания, находящегося в стабилизированном состоянии (все напряжения от внешней нагрузки восприняты скелетом грунта). Значения φ и с, полученные по методике быстрого неконсолидированного среза, используются для определения несущей способности медленно уплотняющихся водонасыщенных суглинков и глин, илов, сапропелей, заторфованных грунтов и торфов. В таких грунтах возможно возникновение нестабилизированного состояния (наличие избыточного давления в поровой воде) вследствие их медленной консолидации или быстрой передачи нагрузки от сооружения (силосы, резервуары, склады сырья и т.п.).
Метод определения характеристик прочности φ и с в условиях трехосного сжатия в большей степени соответствует напряженному состоянию грунта в основании сооружения. Испытание проводится на приборе, в котором образец грунта подвергается всестороннему гидростатическому давлению и добавочному вертикальному (осевому). Для определения прочностных характеристик грунтов проводят серию испытаний при различных соотношениях давлений, доводя образец до разрушения, в результате каждого опыта получают значения наибольшего σ1 и наименьшего σ3 главных нормальных напряжений в момент разрушения. Графически зависимость между главными касательными и нормальными напряжениями представляют с помощью кругов Мора, каждый из которых строится на разности напряжений σ1 и σ3(рис. 1.6).
Рис. 1.6. Круги Мора по результатам испытания грунта в приборе трехосного сжатия
Общая касательная к этим кругам удовлетворяет условию прочности (1.5) и позволяет определить характеристики φ и с.
В приборах трехосного сжатия проводят следующие испытания:
− недренированное — дренирование воды из образца грунта отсутствует в течение всего опыта;
− консолидировано-недренированное — дренирование обеспечивается в процессе приложения гидростатического давления и образец полностью уплотняется; в процессе приложения осевых нагрузок дренирование отсутствует;
− дренированное — дренирование обеспечивается в течение всего испытания.
Недренированные испытания водонасыщенных грунтов проводят для определения прочностных характеристик, выражаемых через общие (тотальные) напряжения. Дренированные испытания проводят для определения прочностных характеристик, выражаемых через эффективные напряжения. При этом в процессе опыта должно быть достигнуто полностью консолидированное состояние грунта. Прочностные характеристики грунтов, выражаемые через эффективные напряжения, могут быть определены также для образцов грунта, испытанных в неполностью консолидированном состоянии, при условии измерения в процессе опыта давления в поровой воде.
Количественной характеристикой прочности скальных грунтов является предел прочности на одноосное сжатие Rc, определяемый раздавливанием образца грунта и вычисляемый по формуле
Rс = P/ F,
(1.6)
где Р — нагрузка в момент разрушения образца грунта; F — площадь поперечного сечения образца грунта.