Водопроницаемость и движение воды в грунте.

Водопроницаемостью грунта называют его способность пропускать через себя свободногравитационную воду под действием разности напоров. От водопроницаемости грунтов зависит ряд процессов, влияющих на устойчивость сооружений, в том числе:

-скорость уплотнения основания (грунтов);

-суффозия грунта — перемещение или вынос мелких частиц по порам, образованным более крупными частицами под воздействием фильтрационного потока;

-оползневые явления — перемещение грунтовых масс под действием силы тяжести или внешней нагрузки.

Движение воды в грунте происходит под действием возникающего в нем градиента напора.

Движение воды в песчаных и глинистых грунтах рассматривается как параллельно-струйное, т.е. имеет ламинарный характер движения, так как скорость фильтрации в таких грунтах невелика.

Вопрос

Методы определения коэффициента фильтрации

1. Полевой.

На местности бурят несколько колодцев. В один из них добавляют подкрашенную жидкость, в другом засекают ее время появления и замеряют уровень воды, откачивая жидкость.

Достоинства: Грунт в естественном состоянии.

2. Лабораторный.

В цилиндр с диаметром D помещают испытываемый образец. Сверху вниз пропускают воду. Уровни в пьезометрах поднимаются на определенную высоту. Замеряя разность уровней и деля на расстояние между пьезометрами получаем гидравлический уклон.

Расход замеряют объемным методом.

3. Аналитический.

Определяют коэффициент фильтрации с помощью формул через другие коэффициенты.

4. Табличный.

По соответствующим таблицам, справочникам для определенного вида грунта находят коэффициент фильтрации.

Свойства грунтов, выявляемые при взаимодействии их с водой

1. Водопроницаемость - способность грунта с той или иной скоростью пропускать через себя воду.

2. Вымываемость - вынос части грунта (твердого вещества) во взвешенном состоянии.

3. Набухание и усадка - увеличение объема грунта при увлажнении и уменьшение при высыхании.

 

Вопрос

Для определения сопротивления грунтов сдвигу проводится их испытание на сдвиг. Чаще всего сопротивление сдвигу определяется в приборах прямого сдвига. Основой этого прибора являются две несвязанные между собой обоймы с гнездом для образца.

Грунт заданной плотности (по пористости) помещают в гнездо прибора и создают вертикальную нагрузку Р. Сдвигающую нагрузку прикладывают к верхней обойме прибора. Сдвиг производится при различных вертикальных нагрузках, каждой из которых соответствует свое сдвигающее усилие. По результатам опытов строится график зависимости сдвигающих усилий от вертикальной (сжимающей) нагрузки.

Это уравнение сопротивления сдвигу - Т = Р · tgφ + c.

Сопротивление грунта сдвигу обусловливается наличием трения в контактах между частицами и связности, которое можно рассматривать как сцепление.

Закон Кулона.

Под действием внешней нагрузки в отдельных точках (областях) грунта эффективные напряжения могут превзойти внутренние связи между частицами грунта, при этом возникнут скольжения (сдвиги), и прочность грунта может быть превзойдена.

Внутренним сопротивлением части в песках будет лишь трение, а в глинах (связных грунтах) плюс вязкие, водно-коллоидные связи. Разделить эти сопротивления не представляется возможным.

Закон Кулона (1773г.) имеет следующий вид:

τ = σ · tgφ + c

а формулируется: предельное сопротивление грунтов сдвигу прямо пропорционально нормальному давлению.

φ –угол внутреннего трения - параметр линейного графика среза образца грунта;

tgφ-коэффициент внутреннего трения; c- удельное сцепление.

Результаты испытания глинистого грунта прямым срезом.

 

Вопрос

Прочностью грунта называют способность его воспринимать силы внешнего воздействия не разрушаясь. Разрушение грунта, служащего основанием сооружения, слагающего берег (склон) водохранилища или же откос канала, происходит в виде перемещения-сдвига одной его части относительно другой тогда, когда силы внешнего воздействия превысят силы внутреннего сопротивления. Прочность грунта определяется его сопротивляемостью сдвигу и оценивается показателем, который называется предельным сопротивлением сдвигу τ.

В лабораторных условиях сопротивление грунта сдвигу устанавливается испытанием его образцов на прямой сдвиг (срез) в сдвиговых приборах и приборах трехосного сжатия, в полевых — путем испытания крыльчаткой, методами раздавливания призмы грунта, сдвигом целика грунта в заданной плоскости и другими способами

Сопротивление сдвигу песчаных и крупнообломочных фунтов возникает в основном в результате трения между перемещающимися частицами и зацепления их друг за друга.

Процесс разрушения глинистых грунтов значительно сложнее, чем песчаных или крупнообломочных. Водно-коллоидные и цементационные связи, которые имеют место в глинистых грунтах, обеспечивают некоторое сопротивление их растяжению.

Поэтому эти фунты часто называют связными. Тогда сопротивление сдвигу в связных фунтах складывается из сил трения частиц и сил сцепления между ними.
Сцепление — это сопротивление структурных связей глинистых грунтов всякому перемещению частиц.

Испытание глинистых грунтов на сдвиг производится по двум схемам:

· I схема — закрытая (неконсолидированно-недренированные испытания), т.е. когда фунт не консолидирован. Испытания производятся сразу после приложения вертикальной нагрузки, при этом плотность и влажность грунта в процессе опыта не меняются. Такие опыты носят название «быстрого сдвига».

· II схема — открытая (консолидированно-дренированная), т.е. когда грунт консолидирован. В этом случае испытания на сдвиг производятся после полной консолидации. Консолидация — процесс уплотнения грунта, сопровождающийся отжатием воды из пор грунта, т.е. это явление свойственно водонасыщенным грунтам.

Испытание грунтов на сдвиг при прямом срезе производится в одноорезных (а иногда и двухсрезных) приборах, при этом образец грунта помешается в срезыватель так, чтобы его одна половина оставалась бы неподвижной, а другая— имела бы возможность перемещаться параллельно самой себе.

Вопрос

Сдвиговые характеристики грунта можно определять в приборе трехосного сжатия – стабилометре.

Порядок проведения испытания:

Цилиндрический образец грунта в резиновой оболочке 1 помещается в рабочую камеру прибора 2, заполненную водой. Нормальное напряжение σ₁ создается в образце через штамп 3 с помощью нагрузочного устройства. Боковое напряжение σ₂ = σ₃ создается в воде рабочей камеры гидростатическим давлением. Измерение давления в камере производится манометром 4, вертикальных перемещений – индикаторами 5. Краны – 6.

С табилометр

Прочностные характеристики в стабилометре определяются испытанием нескольких образцов – близнецов. В каждом испытании при возрастающем вертикальном давлении и фиксированном боковом произойдет разрушение образца.

Эти величины напряжений σ₁ и σ₃ откладываются на горизонтальной оси графика и строится круг Мора: (теория прочности Кулона – Мора: среднее главное напряжение σ₂ не влияет на сопротивление грунта срезу).