Компрессионные испытания грунтов

 

Под компрессией грунтов понимают их уплотнение при длитель­ном воздействии постоянной статической нагрузки без возможности бокового расширения. Испытания проводят в компрессионном прибо­ре в соответствии с требованиями ГОСТ 23908-79 "Грунты. Методы лабораторного определения сжимаемости". Схема сжатия грунта в компрессионном приборе приведена на рис. 7.

 

Рис. 7. Схема сжатия грунта в одометре

Увеличивая ступенями давление Р и добиваясь полного затуха­ния деформации грунта при каждой ступени нагружения, можно по вертикальным деформациям S установить связь между изменением коэффициента пористости е грунта и величиной нормального давле­ния Р.

Величина коэффициента пористости образца ei , соответствующая i-тому значению давления Рi определяется по формуле

 

ei = e0 - (18)

где е0 - начальный коэффициент пористости грунта в естественном

состоянии;

Si - величина осадки (вертикальная деформация) грунта, соответствующая i-той ступени нагружения - значению Рi ; ­

h - начальная высота образца грунта.

Начальный коэффициент пористости е может быть определен по формуле (4) или (4/).

По значениям коэффициента пористости еi для различных значе­ний нормальных давлений Рi строят кривую зависимости ei=f(Pi), ко­торую в механике грунтов называют компрессионной кривой (рис. 8).

 

 

Рис. 8. Компрессионная кривая

 

При небольшом диапазоне изменения давления от природного значения P1 до значения Р2, вызванного вертикальной нагрузкой на основание от фундамента, компрессионную кривую можно заменить прямой линией АВ, уравнение которой имеет вид

ei = e0 - Pitg , (19)

где Рi - давление, соответствующее i-той ступени нагружения.

Величина tgα (α - угол наклона прямой АВ к горизонту) является показателем сжимаемости и характеризует сжимаемость грунта в пределах изменения давления от Р1 до Р2 и носит название коэффи­циента сжимаемости (уплотнения), обозначаемого m0, т.е. tgα=m0.

Согласно рис. 8 величина m0 запишется

m0 = (20)

Обозначив Р2 – Р1 = Р - приращение давления или действующее давление, формула (20) примет вид

m0 = (21)

Коэффициент сжимаемости равен отношению изменения ко­эффициента пористости к действующему давлению.

Давление Р - дополнительное давление сверх природного Р1 , равного давлению столба вышележащего грунта, т.е. P1=γH, где γ - удельный вес грунта, кН/м3; Н- глубина взятия образца, м.

Подставив m0 вместо tgα в формулу (19), получим уравнение пря­молинейного отрезка компрессионной кривой:

 

ei = e0 – m0Pi (22)

Коэффициент сжимаемости - важнейшая характеристика дефор­мации грунтов, используемая при определении осадок сооружений. Он дает возможность качественно оценить грунт как основание сооружений. Сопоставив выражения (18) и (22), получим:

m0Pi = , (23)

отсюда,

, (24)

Правая часть уравнения (24) является относительной деформа­цией грунта (отнесенной к единице давления). Поэтому левая часть уравнения называется коэффициентом относительной сжимаемости грунта mv:



mv = , (25)

где m0 и mv - коэффициенты, измеряемые в единицах, обратных

давлению, т.е. кПа-1 (МПа-1);

Si - осадка образца при давлении Рi;

Коэффициент mv является вторым показателем сжимаемости грунтов.

 

Модуль деформации грунтов

 

Преобразуем выражение (22):

e0 – ei = m0Pi или = m0Pi

Это позволяет рассматривать грунт в интервале небольших изме­нений давлений P=P2 - P1 как линейно деформируемое тело. Деформи­руемость грунтов в этих условиях может быть описана законом Гука:

= ;

= ; (26)

= ;

где - коэффициент Пуассона: = ;

Е - модуль деформации;

— нормальные напряжения, приложенные к площад­кам,

перпендикулярным соответственно осям X, У, Z.

— относительные деформации грунта соответственно по осям X, У, Z.

Как известно, компрессионные испытания грунтов проводят в одометрах без возможности бокового расширения грунта. При этом грунт оказывает горизонтальное давление на боковые стенки кольца, вызывая напряжения ( — коэффициент бокового давле­ния). Поскольку боковое расширение грунта отсутствует, то горизон­тальные деформации грунта . Примем вертикальное на­пряжение = Р.

Преобразовав первые два уравнения системы (26), получим

; (27)

Относительная деформация грунта по оси Z находится из по­следнего уравнения системы (26):

(28)

В соответствии с формулой (25) вертикальная относительная де­формация может быть определена также из выражения

; (29)

Приравнивая правые части уравнений (28) и (29) (при этом σZ), и с учетом уравнения (27) получим

=

Введем обозначение , окончательно получим

или ; (30)

Коэффициент β принимается равным:

для песков - 0,8;

супесей - 0,7;

суглинков - 0,5;

глин - 0,4.


Прочность грунтов

Под прочностью грунтов понимают такое предельное значение напряжений, по достижении которого грунт теряет свою сплошность. В нем появляются трещины отрыва или сдвига.

Существует множество теорий прочности: наибольших нормаль­ных напряжений, наибольших относительных удлинений и др.

В механике грунтов наиболее широкое распространение получила теория прочности Мора-Кулона.

Согласно этой теории, прочность грунта нарушается в той точке массива, где нормальное о и касательное т напряжения, действую­щие по некоторой площадке, находятся в соотношении

И, напротив, прочность грунта в данной точке (области) массива будет обеспечена, если напряжения, действующие на любой площад­ке, удовлетворяют условию

< ,

где и «с» - угол внутреннего трения и удельное сцепление соответ­ственно,

являющиеся показателями прочности грунта.

Как установлено экспериментально, разрушение песчаных грун­тов происходит за счет сдвига одной части грунта по другой. Сопро­тивление сдвигу таких грунтов возникает в основном в результате трения между перемещающимися частицами и зацепления их друг за друга, т.е. сопротивление сдвигу песков - несвязных грунтов - есть сопротивление их трению. Сопротивление растяжению в этих грунтах практически отсутствует, поэтому песчаные грунты называются сыпу­чими.

Такая же концепция прочности (разрушение за счет сдвига) рас­пространяется и на глинистые грунты. Однако, кроме трения, в таких грунтах возникают силы сцепления между частицами, зависящие от величины уплотняющих давлений, возникающих в точках и на пло­щадках контактов частиц. Имеющиеся в глинистых грунтах водно­коллоидные и цементационные связи обеспечивают им некоторое со­противление растяжению. Эти грунты называют связными.









Последнее изменение этой страницы: 2016-04-07; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su не принадлежат авторские права, размещенных материалов. Все права принадлежать их авторам. Обратная связь