Механика грунтов: объект изучения, особенности грунтов как дисперсных пород.

Оценка природного состояния песчаных и глинистых грунтов

В состав природных грунтов входят разнообразнейшие элементы, которые при рассмотрении можно объединить в следующие три группы: 1 — твердые минеральные частицы; 2 — вода в различных видах и состояниях; 3 — газообразные включения. Кроме того, в состав неко­торых грунтов входят органические и органо-минеральные соединения, также влияющие на физические свойства этих грунтов.

Поскольку свойства грунтов в значительной степени предопределяются размерами и минералогическим составом слагающих их твердых частиц, последние принято классифицировать по размерам,мм: галечный (>20), гравелистый (20-2), песчаные (2-0,05), пылеватые (0,05-0,005), глинистые (<0,005).

В некоторой степени учитывается и содержание глинистых минералов. Частицы крупнее 0,05 мм обычно имеют остроугольную или округлую форму, а более мелкие глинистые ‐ пластичную, иногда игольчатую. Песчаные частицы подразделяются на крупные, средние и мелкие.

Разделение частиц грунтов по категориям обусловливается тем, что грунты, состоящие из частиц одной категории, обладают специфическими свойствами.

Песчаные частицы слагают различные по крупности пески, которые обладают водопроницаемостью, не пластичны, имеют сравнительно жесткий, малосжимаемый при действии статической нагрузки скелет

По гранулометрическому составу различают песок: гравелистый, крупный, средней крупности, мелкий, пылеватый.

В зависимости от плотности сложения пески способны существенно уплотняться при динамических воздействиях Они характеризуются небольшой высотой капиллярного поднятия (до 0,5 м) и в сухом состоянии являются сыпучими телами.

Грунт, состоящий только из глинистых частиц, практически водонепроницаем, во влажном состоянии характеризуется высокой пластичностью, может обладать большой сжимаемостью при действии статической нагрузки, при динамических воздействиях не уплотняется, но может снижать прочность. После прекращения динамических воздействий прочность грунта постепенно частично или полностью восстанавливается, т. е. он обладает специфическими тиксотропными свойствами. Такой грунт при изменении содержания в нем воды меняет объем, набухает при увлажнении и получает усадку при высыхании.

 

 

Сущность фильтрационной консолидации.

Фильтрационная консолидация – уплотнения водонасыщенного грунта за счет выдавливания воды из пор.

Определяется в компрессорном приборе при постоянной нагрузке соответствует нагрузке от будущего сооружения.

Осадка от времени – график для начального периода времени.

 

1.Осадка, соответствующая окончанию фильтрационной консолидации и начала пластичной консолидации.

2.Определяется время 50% фильтрационной консолидации.

Cv=(0,2*h*h)/t50,где h –половина толщины образца

 

Коэффициент устойчивости

ή =(∑Ntgφ+cL)/∑T

 

Существует несколько методик определения опасного центра.

 

1. ( Рис 1)

Имеется откос высотой h, имеется две характерные точки

Вторая точка определяется двумя углами

Намечается несколько точек, для каждой из сил определяется коэффициент устойчивости, выбирается минимальный из них – соответствует наиболее опасному центру

 

2. ( Рис 2) из верхней кромки откоса проводится прямая углом 36, считается, что опасные центры находятся на этой прямой. Первый принимается на расстоянии (0,25 + 0,4 m)h, последующие же центры берутся через расстояние 0,3h.

 

Рис 1

                                                                          

Рис 2

Метод эквивалентного слоя.

Учитывается боковое расширение, все нормальные напряжения, форма, размеры фундамента.

Определение осадки грунта, заданных размеров на сжимаемом грунте, путем расчета равновеликой осадки эквивалентного слоя грунта.

 Назовем толщину эквивалентного слоя h_s. S_o- осадка деформированного слоя грунта.S – осадка фундамента заданных размеров и формы.
Из определения эквивалентного слоя S=S_o.

Относительная деформация (основания) слоя грунта при нагрузке:

ε = p/E(1-(2μ²/1- μ)), если умножить на высоту деформационного слоя:

S_o= ph_s/E(1-2μ²/1- μ)).

Осадка фундамента заданного размера и формы: S=ωpb(1-μ²)/E

ω – зависит от соотношения размеров фундамента.

Если приравнять S=S_o

h_s= ((1-μ)²/(1-2μ))ωb=Aωb и подставить в формулу расчета осадки S=has_op.

 

 

 

Механика грунтов: объект изучения, особенности грунтов как дисперсных пород.

1774 г - работа по устойчивости грунта

А) мех. сплошных масс

Б) мех. рыхлых масс

В) механика органики

Грунт – система мин-х частиц, прочность которых много выше, чем сила связи между частицами. Наличие пор, внутреннее трение, св-во уплотняться под действием вертикальной нагрузки –сжимаемость.

Водопроницаемость грунта хар-ся коэф-ом фильтрации.

 

Сжимаемость—коэффициентом сжимаемости и модулем деформации.

Трение—коэф. внутр.трения. 

Задачи:

1. установление основных закономерностей механики грунтов как дисперсных тел

2. исследование напряженно деформированного состояния грунтов на различных стадиях деформирования

3. разработка вопросов прочности и устойчивости грунтов и давления их на ограждения

1-ая задача направлена на исследование законов пористости, что отлич. от сплошных;2-ая направлена на изучение распределения напряжений в грунтах (напряжение по глубине и по удалению, при каких условиях наступает предельно напряженное состояние); 3-е имеет чисто практическое значение

Любой грунт рассматривается как система,остоящая из трех фаз: твердые частицы, газ и вода.

Твердые частицы – их мин состав определяется составом минерало-образующего грунта. Глинистые представлены алюминатом, песчаные кварцем. Механический состав – размер частиц от десятков см до долей микрон, размером определяются свойства.

Механический состав определяется:

- для песчаных грунтов методом просеивания

- для глинистых седиментационный анализ, основанный на оседании частиц в спокойной воде.

Пипеточный способ:

1                                                                               d₉₅ 10

                                                                                       100

                                                                                        90

 

                                                                                       80

 

 

Результаты анализа отображаются в виде кривой гранулометрического состава. На этой кривой откладывается процентное содержание частиц диаметром меньше данного, определяется наименование грунта по крупности.

Песчаные грунты:

- по грансоставу: а) гравелистый, б) крупный, в) средний, г) мелкий, д) пылеватый.

 - по однородности:

показатель максимальной неоднородности U_max=d₅₀*d₉₅/d₅

d—диаметр частиц, менее которых в грунте содержится 95, 50 и 5%

а)однородные б)среднеоднородные в)неоднородные г)повышенной неоднородности

Газы—полностью или частично заполняют поры. Разделяются на 2 вида:

-газы сообщающиеся с атмосферой

-несообщающиеся или защемленные, оказывают большое влияние на сжимаемость грунтов

Газы могут оказывать влияние на хим. процессы, вызывая окисление и карбонизацию грунта. Газы могут вызывать расклинивающий эффект при изменении давления, что вызывает изменение характеристик грунта, отобранного из скважин.

Вода. Несколько видов:

-пленочная вода, удерживается на поверхности частиц силами молекулярного притяжения. Эта вода не может быть удалена из грунта ничем, кроме высушивания при высоких температурах.

-гигроскопическая, вода конденсирующаяся на поверхности частиц, удаляется высушиванием при температуре 105-107 град С

-капиллярная- находится в порах грунта, оказывает влияние на мех. св-ва, обуславливает сцепление

-свободная вода (гравитационная) свободно передвигается в грунте и подчиняется силам тяготения

По характеру залегания:

а)поверхностные воды(верховодка);б)межпластовые