Понятие о законах пористости грунтов

Главной особенностью рыхлых грунтов является то, что твердые мине-

ральные частицы в них занимают не весь объем, а только его часть, остальную

же часть объема составляют поры. Связь между частицами грунта слабая или

отсутствует вообще. При воздействии внешней нагрузки в таких грунтах могут

происходить взаимные перемещения частиц. С этим явлением связаны особые

закономерности, рассматриваемые в механике грунтов и называемые законами

пористости. Таких законов три:

1) закон уплотнения, характеризующий уплотняемость грунта под действием

внешней нагрузки (компрессионная зависимость);

Для расчета оснований зданий и сооружений по деформациям необходимо знать расчетные характеристики сжимаемости сыпучих и связных грунтов.

Сжимаемость грунтов обуславливается следующими физическими причинами:

а) упругостью кристаллической решетки частиц; б) уплотнением грунтов-уменьшением их пористости; в) изменением состояния грунта, например, при изменении его влажности.

Сжимаемость основания в основном определяется уплотнением грунта и зависит как от типа грунта, так и от характера нагрузки. Динамические нагрузки (вибрация) вызывают значительное уплотнение в песчаных грунтах и слабое в глинистых. Длительно действующие статические нагрузки, наоборот, сильно уплотняют глинистые грунты и слабо – песчаные.

2) закон трения, устанавливающий зависимость между давлением и сопротив-

лением грунтов сдвигу;

Если к поверхности грунта основания приложить нагрузку, то в нем образуется напряженное состояние. Внутреннее сопротивление грунта сдвигу происходит в результате сил трения на элементарных площадках между частицами и сцепления между ними. Силы же трения зависят от нормальных к площадкам давлений. В свою очередь нормальные напряжения зависят от той доли общего напряжения в грунте, которую составляют эффективные напряжения. Нейтральные напряжения в поровой воде на величину сил трения не влияют. Следовательно, сопротивление грунта сдвигу зависит от его физического и напряженного состояния.

3) закон ламинарной фильтрации, отражающий зависимость между напором

воды воды и скоростью ее фильтрации в порах грунта.

Водопроницаемость характеризуется способностью грунта пропускать через себя воду. Она зависит от зернового состава грунта, от его структуры, от содержания в нем глинистых и коллоидных частиц, гумуса и солей. Чем меньше зерна грунта, тем мельче нем поры и тем меньше водопроницаемость. Количественным показателем степени водопроницаемости служит коэффициент фильтрации Kф, численно равный скорости фильтрации при гидравлическом уклоне, равном 1.

От водопроницаемости грунта зависит приток грунтовой воды в котлованы и степень воздействия агрессивной грунтовой воды на подземные конструкции.

Эпюры напряжений

Характер эпюры природного давления зависит от грунтовых условий массива. Если грунт однородный, эпюра имеет вид треугольника. При слоистом залегании эпюра изображается ломанной линией. Причем у более легкого грунта график круче, а у более тяжелого - положи. Для нахождения вертикальных напряжений от действия веса грунта на глубине Z мысленно вырежем столб грунта до этой глубины с единичной площадью основания и найдем ее суммарное напряжение?zg от веса столба

Физико-географическая среда, ее роль в формировании грунтов

Физико-географическая среда оказывает огромное влияние на формирование грунтов,которые нельзя рассматривать в отрыве от естественноисторических условий их существования. Так свойства природных глин могут быть весьма различны в зависимости от возраста и всей предыдущей истории их существования. Например, кембрийские глины, возраст которых около 500 млн лет, за столь длительный период, несомненно, подвергались воздействию переменного давления большой величины, частичному высыханию и пр. Химические и физико-химические процессы, протекающие даже с ничтожно малыми скоростями и совершенно неуловимыми в относительно малые промежутки времени, могли сказаться в полной мере; чрезвычайно медленные вязкие течения за столь длительное время также могли существенно повлиять на структуру и текстуру этих глин. Все эти процессы обусловили совершенно особые свойства кембрийских глин, отличающихся от других видов глин. Как правило, эти глины представляют твёрдый упруго-вязкий материал со значительной величиной несущей способности. Другое дело, например, ленточные глины, возраст которых около 10000 лет. Тонкие слои ленточных глин откладывались в широких спокойных озёрах в период отступления ледников и в последующее время почти никаким нагрузкам (кроме собственного веса) не подвергались. Эти глины малоуплотнённые и находятся в пластичном и частично в текучем состоянии с незначительной несущей способностью. Валунные глины и суглинки донной морены того же возраста, что и ленточные, но значительно уплотнённые в период своего формирования весом мощного ледникового покрова, обладают значительной плотностью и могут служить прекрасным основанием для сооружений. Современные морские, лагунные и озёрные глинистые отложения, ещё менее уплотнённые даже по сравнению с ленточными глинами, зачастую находятся в набухше-текучем состоянии, обладая ничтожной несущей способностью.В такой же резкой зависимости от условий происхождения находятся и пески. Одни пески могут быть чрезвычайно уплотнены, другие – находятся в рыхлом и плывунном состоянии.Таким образом, при изучении природных грунтов с учётом их взаимодействия с окружающей средой и непрерывной изменяемости свойств, большое внимание следует уделять их генезису, т. е. происхождению и условиям образования, а также фациальности, т. е. физико-географической обстановке образования грунтов. Существенное значение при формировании определённых свойств грунта имеет процесс диагенеза, т. е. многовекового воздействия окружающей среды (уплотнение, цементация, выщелачивание и пр.). Явления диагенеза совместно с тектоническими явлениями (главным образом, опускание участков земной коры) могут создать условия, способствующие изменению структуры и состава грунтов, а при соответствующих давлениях и температуре приводит к явлениям метаморфизма, т. е. к полному видоизменению рыхлых горных пород путём цементации и перекристаллизации их минеральной части до состояния массивных горных пород. Зависимость свойств грунтов от воздействий окружающей среды, их интенсивности, характера и продолжительности показывает, что выбор расчётных схем в механике грунтов должен происходить в соответствии с природной обстановкой, в которой находятся грунты, а определение расчётных характеристик грунтов, находящихся в условиях естественного залегания, – только на основании опытов с соответствующими образцами грунтов естественного сложения при минимальном нарушении их природной структуры.

Виды деформаций грунтов

Все деформации основания можно разделить на несколько видов.

1. Осадки — такие деформации, которые не вызывают коренного изменения структуры грунта и происходят вследствие уплотнения грунта под влиянием внешних нагрузок или (в отдельных случаях) собственного веса грунта.

2. Просадки — деформации в результате коренного изменения структуры грунта под воздействием внешних нагрузок, собственного веса грунта и влиянием дополнительных факторов (замачивание присадочного грунта, оттаивание льдовых прослоек в мерзлом грунте и т. д.).

3. Подъемы и осадки — деформации, обусловленные изменением объемов некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка),) замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта).

4. Оседания — деформации поверхности грунта в результате разработки полезных ископаемых, понижением уровня подземных вод и т. д.

5. Горизонтальные перемещения — деформации в результате воздействия горизонтальных нагрузок на основание (подпорные стены и т. д.) или как следствие значительных вертикальных перемещений поверхностей грунта при оседаниях, просадках грунта от собственного веса и т. п.