Под действием внешних сил (давление от веса сооружений и т.п.) в рыхлых нескальных горных породах возникают как общие деформации, присущие всем сплошным телам, так и деформации, обусловленные перемещением минеральных частичек, слагающих эти породы. Если под действием внешних сил структурное сцепление между минеральными частицами не будет разрушено, то грунты будут деформироваться как сплошные тела, минеральные частицы будут только сближаться, уплотняться без взаимного перемещения, что обусловит изменение объема грунта, поэтому эти деформации называют объемными. Если же структурное сцепление будет разрушено, то деформации в грунтах будут определяться перемещением отдельных минеральных частиц или агрегатов. Такие деформации называют сдвигом. Отсюда механические свойства рыхлых горных пород при воздействии на них внешних воздействий характеризуются показателями сопротивления их сжатию и сдвигу, которые являются основными количественными показателями при оценке сжимаемости, прочности к устойчивости пород в основании сооружений, в откосах выемок и других сооружениях.
Сопротивление грунтов к сжатию.
Сжимаемость - способность грунтов уменьшаться в объеме.
При одноосном сжатии скальных грунтов возникают как упругие деформации, которые восстанавливаются после окончания сжатия, так и остаточные деформации из-за наличия в грунтах не очень плотного примыкания частиц друг к другу и микротрещин.
Сжатие песков происходит быстро и мало связано с их влажностью. В отличии от песков сжимаемость глинистых пород зависит от их влажности, минералогического состава, характера структурных связей между частицами грунта и др. факторов. Неравномерная сжимаемость глинистых пород может быть причиной их неравномерной осадки и деформации.
|
|
Сжимаемость мягкого связного или рыхлого несвязного грунта можно охарактеризовать зависимостью коэффициента пористости от давления при сжатии образца в компрессионных приборах - компрессионной кривой и двумя показателями: коэффициентом уплотнения (а) и модулем осадки (/). Компрессионные кривые носят характер логарифмической зависимости коэффициента пористости Е от нагрузки Р. С увеличением давления грунт сжимается и коэффициент пористости уменьшается (ветвь нагрузки). При снятии нагрузки некоторые грунты частично (при упругой деформации) восстанавливают свою пористость. Поэтому кривая разгрузки, располагаясь ниже кривой нагрузки, поднимается по оси ординат при нагрузках от максимальной до нулевой. В качестве рассчитанных показателей при проектировании сооружений используется коэффициент уплотнения (а) и модуль осадки (
).
Коэффициент уплотнения представляет собой отношение уменьшения коэффициента пористости к величине повышения давления
а = 
Он определяется на компрессионной кривой для определенного интервала давлений (в см 2/кгс).
а = 
.
Модулем сжатия называется величина, обратная коэффициенту уплотнения.
E = 
.
Модулем осадки 
показывает величину сжатия грунта (мм) приходящуюся на 1м толщи грунта при определенной нагрузке Р (кгс/см2).
Если 
= 25 мм/м, то это значит, что метровый слой грунта при давлении Р = 2 кгс/см сжимается на 25 мм.
Зная мощность грунта в активной зоне h можно определить сжатие всего слоя в см 
.
|
|
h = 
Задача
Определить модуль сжатия грунта Е, если нагрузка изменилась в пределах от Р1 = 2 кгс/см2 до Р2 = 6 кгс/см2. Результаты компрессионных испытаний см (рис. 1)
Решение:
а = 
(значит грунт среднесжимаем).
Е = 
При значительных нагрузках (20 - 30 кгс/см2) частицы могут раскалываться, в результате чего образуется более мелкозернистый грунт.
Сопротивление грунтов сдвигу.
Сопротивление грунтов сдвигающим нагрузкам зависит в общем случае от сцепления и трения. Сцепление проявляется в основном в грунтах связных. В скальных грунтах сцепление наибольшее и обусловлено химическими связями. В мягких связных грунтах (глина, суглинок, лесс, супесь) связность обусловлена цементирующим, склеивающим действием коллоидов и молекулярным сцеплением при непосредственном контакте частиц. Сопротивление сдвигу в этих грунтах оказывают в начале силы сцепления, а затем при сдвигающих нагрузках, их превышающих, силы трения между частицами. В рыхлых несвязных грунтах сопротивление сдвигающим усилиям оказывают только силы трения.
Для рыхлых грунтов на графике получается прямая, проходящая через начало координат.
T = P*f=Ptg 
Т - сопротивление сдвигу, кгс/см2;
Р - нормальная нагрузка, кгс/см2;
f - коэффициент внутреннего трения;
- угол внутреннего трения.
Для связных грунтов сопротивление их сдвигу выражается следующей зависимостью:
T = P*f+C
С - сцепление грунта, а остальные аналогичны таковым в предыдущей формуле.
Литература
1. Кирюхин В.А.: Прикладная гидрогеохимия. - СПб.: Санкт-Петербургский гос. горный ун-т, 2011 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/136001/>
|
|
. Институт географии РАН; отв. ред.: Н.И. Коронкевич и др; рец.: А.Е. Асарин и др.: Экстремальные гидрологические ситуации. - М.: Медиа-ПРЕСС, 2010 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/130046/>
. Леонов Е.А.: Космос и сверхдолгосрочный гидрологический прогноз. - СПб.: Алетейя, 2010 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/114946/>
. Игошин Н.И.: Проблемы восстановления и охраны малых рек и водоемов. Гидроэкологические аспекты. - Харьков: БУРУН КНИГА, 2009 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/109591/>
. Петин А.Н.: Родники Белогорья. - Белгород: Константа, 2009 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/101975/>
. Ферронский В.И.: Изотопия гидросферы земли. - М.: Научный мир, 2009 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/114030/>
. Хубларян М.Г.: Водные потоки в различных средах. - М.: ГЕОС, 2009 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/124074/>
. Московский гос. индустриальный ун-т; Рец. Н.Н. Агапов: Экологические проблемы охраны водных ресурсов России. - М.: МГИУ, 2008 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/109590/>
. Кондратьев С.А.: Формирование внешней нагрузки на водоемы: проблемы моделирования. - СПб.: Наука, 2007 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/91539/>
. М-во Eкологii Даниii, Даньске Агенство Захисту Довкiлля (DEPA), М-во охорони навколишнього природного середовища Украiни, Украiнський науково-дослiдний iнститут екологiчных проблем (УкрНДIЕП); Васенко О.Г. и iншi: Комплексні експедиційні дослідження екологічного стану водних об'єктів басейну р. Уди (суббасейну р. Сіверський Донець). - Харків: Райдер, 2006 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/116878/>
. Эдельштейн К.К.: Гидрология материков. - М.: Академия, 2005 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/123388/>
. Эдельштейн К.К.: Структурная гидрология суши. - М.: ГЕОС, 2005 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/60234/>
. Зорина Е.Ф.: Овражная эрозия: закономерности и потенциал развития. - М.: ГЕОС, 2003 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/40954/>
. Беляков А.А.: Волга до начала XX века. - М.: [Б.И.], 2002 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/46610/>
. Пряжинская В.Г.: Компьютерное моделирование в управлении водными ресурсами. - М.: Физматлит, 2002 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/35675/>
. Фот. А. Князева; Текст Л. Безрукова; Ред. Г. Кузнецов; Науч. консультация Г. Галазия; Пер. Г. Бобылёва: Ангара - дочь Байкала. - Иркутск: Улисс, 1994 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/90997/>
. Государственный комитет СССР по гидрометеорологии; Государственный гидрологический институт; Под ред.: И.В. Попова, В.И. Замышляева: Вопросы гидрологии суши. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/47171/>
. Беличенко Ю.П.: Рациональное использование и охрана водных ресурсов. - М.: Россельхозиздат, 1986 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/35581/>
. АН СССР, Сибирское отделение, Институт географии Сибири и Дальнего Востока; отв. ред.: В.В. Воробьёв, А.Т. Напрасников: Рациональное использование и охрана природных ресурсов Сибири. - Новосибирск: Наука, 1981 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/75218/>
. Быков В.Д.: Гидрометрия. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/71278/>
. АН СССР; Библиотека по естественным наукам; Институт географии; Московский филиал Географического общества СССР; Сост.: А.И. Орлова, В.А. Соколова, Е.С. Стекленкова; Отв. ред. Л.Г. Каманин: Вопросы географии. - М.: Наука, 1976 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/43269/>
. Быков В.Д.: Гидрометрия. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/71277/>
. Лунев Б.С.: Дифференциация осадков в современном аллювии. - Пермь: [Б.И.], 1967 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/34233/>
. Келлер Р.: Воды и водный баланс суши. - М.: Прогресс, 1965 <https://2dip.ru/%D1%81%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D0%BB%D0%B8%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B/47188/>