Механические характеристики грунтов

 

Для расчетов деформаций, устойчивости грунта и оценки прочности оснований необходимо знать механические характеристики используемых грунтов.

 

Деформационные характеристики:

- Модуль деформации – Е, МПа – коэффициент пропорциональности между давлением и относительной линейной деформацией грунта, возникающей под этим давлением.

- Коэффициент сжимаемости – m₀, МПа^-1– величина, показывающая степень сжимаемости при невозможности бокового расширения грунта.

 

Сжимаемость грунтов (осадка или деформация) – способность грунта уменьшаться в объеме под воздействием уплотняющих нагрузок. По физическому строению грунт состоит из отдельных частиц различной крупности, минерального состава (скелет грунта) и пор, заполненных жидкостью (вода) и газом (воздух). Частицы в грунте бывают связанные и несвязанные между собой, но независимо от этого, прочность связей всегда ниже прочности частиц. При возникновении напряжений сжатия изменение объемов происходит за счет уменьшения объемов, располагающихся внутри грунта пор, заполненных водой или воздухом.

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.

 

 

Прочностные характеристики:

- Сопротивление сдвигу

Предельным сопротивлением сдвигу (растяжению) 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 растяжению (сдвигу), т.к. наряду с силой трения сдвигу противостоят силы сцепления.

- Водопроницаемость грунтов.

Водопроницаемость характеризуется способностью грунта пропускать через себя воду и обуславливается физическим строением и составом грунта. При физическом строении с меньшим содержанием пор, и при преобладании в составе частиц глины водопроницаемость будет меньшей, нежели у пористых и песчаных грунтов соответственно. В строительстве он влияет на устойчивость земляных сооружений и обуславливает скорость уплотнения грунтов оснований и оползневые явления (в т.ч. и на сопротивление растяжению).

- Фильтрация.

Фильтрацией называется движение свободногравитационной воды в грунтах в различных направлениях (горизонтально, вертикально вниз и вверх) под воздействием гидравлического градиента (уклона, равного потере напора на пути движения) напора. Коэффициентом фильтрации (Kf) принято считать скорость фильтрации при гидравлическом градиенте равном единице.

 

- Прочность грунтов характеризуется их способностью сопротивляться внешним силовым воздействиям.

Оценка прочности скальных грунтов производится по пределу прочности на одноосное сжатие R_c (МПа), а нескальных грунтов по их механическим прочностным характеристикам (удельное сцепление – с (кПа, МПа)).

 

Очень прочный R_c > 120

Прочный 120 ≥ R_c > 50

Средней прочности 50 ≥ R_c > 15

Малопрочный 15 ≥ R_c > 5

Пониженной прочности 5 ≥ R_c > 3

Низкой прочности 3 ≥ R_c ≥ 1

Весьма низкой прочности R_c < 1

 

Угол внутреннего трения (φ,°) – параметр прямой зависимости сопротивления грунта срезу от вертикального давления, определяемый как угол наклона этой прямой к оси абсцисс.

Удельное сцепление грунта (c, МПа) – параметр прямой зависимости сопротивления грунта срезу от вертикального давления, определяемый как отрезок, отсекаемый этой прямой на оси ординат. Сцепление определяется начальным сопротивлением грунта сдвигу и зависит от вида грунта и степени его влажности. Сцепление песчаных грунтов — 0,03......0,05 МПа, глинистых — 0,05......0,3МПа, полускальных —0,3...4МПа и скальных — более 4 МПа.

Разрыхляемость — это способность грунта увеличиваться в объеме при разработке вследствие потери связи между частицами. Увеличение объема грунта характеризуется коэффициентами первоначального и остаточного разрыхления. Коэффициент первоначального разрыхления k_p представляет собой отношение объема разрыхленного грунта к его объему в природном состоянии; для песчаных грунтов k_p = 1,15... 1,2, для глинистых k_p = 1,2...1,3, для полускальных и скальных грунтов при взрывании «на встряхивание» k_p изменяется от 1,1 до 1,2, а при взрывании «на развал» — от 1,25 до 1,6 (при большой кусковатости до 2).

Коэффициент остаточного разрыхления kp.o характеризует остаточное увеличение объема грунта (по сравнению с природным состоянием) после его уплотнения. Значение коэффициента kp.о обычно меньше kp на 15...20 %.

 

Для строительных целей используют упрощенную классификацию грунтов