Механические свойства грунтов

МЕХАНИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА ГРУНТОВ

 

Механическими называются те свойства грунтов, которые  характеризуют их поведение под нагрузкой.

 

Все механические характеристики грунта делятся на 3 группы:

I-группа     – для оценки деформативных свойств грунта

 

(m_о) – коэффициент сжимаемости основания , , МПа^-1.

(m_v) – приведённый коэффициент сжимаемости основания.

Е_о - модуль общей деформации , МПа.

II-группа    – для оценки фильтрационных свойств грунта

 

К_ф – коэффициент фильтрации , .

Ј – гидравлический градиент

III-группа   – для оценки прочностных свойств грунтов

 

- угол внутреннего трения (град.).

С – коэффициент сцепления , .

 

Для определения  деформативных свойств грунтов  проводятся компрессионные испытания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

 

Исследуем грунт ненарушенной  структуры, помещая его в одометр.

                                                      

                            Р₁  Р₂                                Прикладываем  нагрузку Р₁ -           

                                                            произойдет   уплотнение грунта и

                                                            коэффициент пористости станет ₂                                                                                                                

                                                                                             е₁. Нагрузка р₂

                                                     е₁ е₂                               и т.д. (4 – 5 ступеней)

 

 

 

 

 

Общий вид компрессионного прибора (автоматизированная система)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Затем будем снимать  нагрузку и наблюдать за результатами. По результатам испытаний строим график компрессионной кривой (к к).

 

 

е                    прямая ветвь к.к.              обратная ветвь к.к.            Р	Компрессия – это сжатие грунта без возможного бокового расширения. Схематично это можно представить  так:                                                                                             ∞ h                σ
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).	b

 

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: de = ­ 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 ео           е1     еi   е2          р1    рi       р2              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  m_o, необходимо выделить определенный интервал.

 

  Р₁ – напряжение от собственного веса грунта.

Р – дополнительное давление от внешней нагрузки.

Р₂ – полное напряжение (Р₂ = Р₁ + Р)

 

Окончательно:      m_o = , ,

 

                 Если:

m_o < 0,005 – грунт мало сжимаемый

m_o = 0,005 0,05 – грунт средне сжимаемый

m_o > 0,05 - грунт сильно сжимаемый

 

Итак:

 

1. При изысканиях отбирают пробы грунта, строят график к.к. и определяют m_o – это делают обычно инженеры – геологи, а строители оценивают свойства грунта по показателям, полученным от геологов.
2. Основной расчёт оснований по II предельному состоянию – по деформациям. В формулу расчёта осадки входит величина                         - коэффициента  относительного   сжатия грунта.

 

      S = h m_v P    – прямо пропорциональная связь.

Таким образом m_о – 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 - Е_о – модуль общей деформации грунта.

Е_о = =    (Аналогичен закону Гука, но там используется модуль упругой деформации)

 

 

 

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                   - коэффициент

 

Пуассона       (бокового  расширения грунта)

                                                                                        m_o (m_v)

Сжимаемость грунта характеризуется

                                                                                    Е_о

 

Испытания  грунтов  пробными  статическими  нагрузками  и  определение   модуля  деформации. 

 

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 (коэффициент Пуассона)

Е₀ -  модуль общей деформации.

Достоинства:

- испытание грунта ненарушенной  структуры

Недостатки:

- трудоемкость;

- продолжительность испытаний