Относительное изменение коэффициента пористости пропорционально изменению нагрузки (для малых интервалов нагрузок).

Лекция № 3.

Механические свойства грунтов

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.

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

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

Е_о - модуль общей деформации , МПа.

II гр. – для оценки фильтрационных свойств грунта.

К_ф – коэффициент фильтрации , .

Ј – гидравлический градиент

Коэффициент фильтрации К_ф - это численная характеристика водопроницаемости (способности грунта фильтровать воду). Он представляет собой скорость фильтрации и выражается обычно в см/с или в м/сут.

Коэффициент фильтрации определяется на грунтах нарушенного сложения при оптимальной влажности и максимальной стандартной плотности.

Коэффициент фильтрациииспользуется при подсчете запасов подземных вод, определении притока воды в строительные котлованы и горные выработки, при расчете утечек воды из водохранилищ, проектировании дренажных сооружений и фильтров, а так же в ряде других расчетов.

III гр. – 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 коэф.

пористости станет е₁. Нагрузка Р₂ е_2.

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).	Если h 0,5 b h 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 р1рiр2 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 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.

mv =

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