Сопротивление сдвигу неконсолидированных и консолидированных грунтов. Сопротивление грунтов при трехосном сжатии.

Рис.2.23. Кривые предельных сопротивлений сдвигу связных глинистых грунтов в условиях закрытой системы (неконсолидированно-недренированных): а) зависи­мость сопротивления сдвигу от влажности; б) кривые сдвига при быстром срезе

Для неконсолидированного состояния полностью водонасыщенных связных грунтов, когда полного уплотнения от данной нагрузки еще не дос­тигнуто, часть сопротивления сдвигу грунта, зависящая от величины нор­мального давления, будет меньше, так как на скелет грунта передается лишь эффективное давление σ, равное разности между полным давлением σ и нейтральным и. В данном случае значение сопротивления сдвигу полностью водонасыщенного связного грунта при незавершенной консолидации будет промежуточным между сопротивлением сдвигу, соответствующим началь­ной влажности грунта, и сопротивлением, соответствующим стабилизиро­ванному его состоянию:

 

τ_пред = tgφ(σ-и) или τ_пред = tgφσ+с

 

где и - нейтральное (поровое) давление, соответствующее данной степени консолидации; с - эффективное сцепление.

Н.Н.Масловым был предложен метод учета неполной консолидации пылевато-глинистых грунтов, который сводится к испытанию образцов грун­та на неконсолидированный сдвиг через различные промежутки времени после приложения давлений одной и той же интенсивности. После сдвига из области среза берут пробы грунта для определения его влажности. По этим манным можно построить график зависимости предельного сопротивления грунта сдвигу от влажности. Серия таких испытаний при различных давле­ниях Р_n дает возможность построить графики кривых предельного сопротивления сдвигу как функции влажности (рис.2.24,а). Пользуясь этими данными, можно построить график зависимости предельного сопротивления сдвигу от давления для любой влажности (рис.2.24,б), а по полученным характеристикам - график зависимости удельного сцепления и угла внутреннего трения от влажности (рис.2.25).

 

 

Сопротивление грунтов сдвигу при трехосном сжатии

Испытания грунта на трехосное сжатие обычно проводят в стабилометрах (рис. 2.12, а), где цилиндрический образец грунта 1, заключенный в резиновую оболочку 2, предварительно подвергают всестороннему сжатию с интенсивностью рз путем повышения давления в жидкости 3, заполняющей полость прибора. Затем через шток 4 к поршню 5 прикладывают вертикальную нагрузку F, создавая на грунт давление р1 (после суммирования с рз). Давления p1 и р3 вызывают в образце главные напряжения σ1 и σ3. Увеличивая σ1 можно достигнуть разрушения образца либо в виде сдвига по наклонной поверхности, либо в виде существенного расширения в стороны в результате уменьшения высоты.

 

Рис. 2.13. Круги Мора, построенные по результатам испытания образцов грунта на сжатие в стабилометре

 

 

Зная главные напряжения в момент разрушения образца, строят круг напряжений Мора (рис. 2.13). Проводя несколько таких испытаний при различных значениях σ3, находят огибающую кругов Мора. На участке напряжений σ₁ возникающих в основаниях сооружений, огибающую можно принять в виде касательной прямой, как при испытании грунтов на прямой сдвиг. Эта прямая для связных грунтов пересекается с осью σ левее начала координат и отсекает на ней отрезок р_е.

 

Механические характеристики грунтов. Прочностные и деформационные.

Механические свойства грунтов – это их способность сопротивляться изменению объема и формы в результате силовых и физических воздействий.

деформационные - способность грунта прочностные – способность грунта

сопротивляться развитию деформаций; сопротивляться разрушению;

 

На механические свойства оказывают влияние характер структурных связей частиц, гранулометрический и минеральный состав и влажность грунтов. Основными механическими свойствами грунтов считают: сжимаемость; сопротивление сдвигу; водопроницаемость.

Сжимаемость.

Способность грунта уменьшаться в объеме под воздействием уплотняющих нагрузок называют сжимаемостью, осадкой или деформацией. По физическому строению грунт состоит из отдельных частиц различной крупности и минерального состава (скелет грунта) и пор, заполненных жидкостью (вода) и газом (воздух). При возникновении напряжений сжатия изменение объемов происходит за счет уменьшения объемов, располагающихся внутри грунта пор, заполненных водой. Таким образом, сжимаемость зависит от многих факторов, основными из которых являются физический состав, вид структурных связей частиц и величина нагрузки.

По характеру усадки разделяют упругие и пластические деформации. Упругие деформации возникают в результате нагрузок, не превышающих структурную прочность грунтов, т.е. не разрушающих структурные связи между частицами и характеризуются способностью грунта возвращаться в исходное состояние после снятия нагрузок. Пластические деформации разрушают скелет грунта, нарушая связи и перемещая частицы относительно друг друга. При этом объемные пластические деформации уплотняют грунт за счет изменения объема внутренних пор, а сдвиговые пластические деформации – за счет изменения его первоначальной формы и вплоть до разрушения. При расчетах сжимаемости грунта основные деформационные характеристики определяют в лабораторных условиях согласно коэффициенту относительной сжимаемости, коэффициенту бокового давления и коэффициенту поперечного расширения.

Сопротивление сдвигу

Предельным сопротивлением сдвигу называется способность грунта противостоять перемещению частей грунта относительно друг друга под воздействием касательных и прямых напряжений. Этот показатель характеризуется прочностными свойствами грунтов и используется в расчетах оснований зданий и сооружений. Способность грунта воспринимать нагрузки не разрушаясь, называют прочностью. В песчаных и крупнообломочных несвязных грунтах сопротивление достигается в основном за счет силы трения отдельных частиц, такие грунты называют сыпучими. Глинистые грунты обладают более высоким сопротивлением к сдвигу, т.к. наряду с силой трения сдвигу противостоят силы сцепления. В строительстве этот показатель важен при расчете оснований фундаментов и изготовлении земляных сооружений с откосами.

Сопротивление глинистых грунтов сдвигу t определяется уравнением Кулона:

Для песчаных грунтов, из-за отсутствия сил сцепления, сопротивление сдвигу приобретает вид:

Водопроницаемость

Водопроницаемость характеризуется способностью грунта пропускать через себя воду под действием разности напоров и обуславливается физическим строением и составом грунта. При прочих равных условиях при физическом строении с меньшим содержанием пор, и при преобладании в составе частиц глины водопроницаемость будет меньшей, нежели у пористых и песчаных грунтов соответственно. Нельзя недооценивать данный показатель, т.к. в строительстве он влияет на устойчивость земляных сооружений и обуславливает скорость уплотнения грунтов оснований.