Почему сдвиговая прочность глинистых грунтов зависит от влажности, а сыпучих-нет?

Это объясняется наличием в глинистых грунтах связности Σw. Которая, в основном, определяет их прочность. Имеет водно-коллоидную природу, носит обратимый характер и обуславливает пластичность глинистых грунтов. Связность является следствием склеивающей способности водно-коллоидных оболочек, образующихся вокруг тонкодисперсных частиц.

15. Природа сил жесткого структурного сцепления Сс и связности Ʃw

С_с – структурное сцепление, не зависящее от плотности-влажности грунта. Сс обусловлено наличием в породе жестких цементационных (песчаник) или кристаллизационных (магматические породы) связей. Структурное сцепление особенно характерно для скальных пород, где оно практически полностью определяет прочность породы.

В глинистых породах структурное сцепление проявляется значительно слабее.

При разрушении структурные связи не постанавливаются (носят необратимый характер).

В зависимости от характера грунта в нем могут превалировать внутренние связи той или иной природы.

Все грунты могут быть разделены на три разновидности.

Используется при определении сопротивляемости сдвигу глинистых грунтов S_p=ptgφ+Cc

В данном случае прочность связей структурного сцепления Сс обусловлена проявлением в грунтах процессов цементации – спекания, кристаллизации и т.п. При деформациях грунта эти связи носят четко выраженный хрупкий и всегда необратимый характер разрушения. Сцепление Сс оказывается очень чувствительным к искусственному нарушению структуры грунта, которое очень часто происходит при разработке выемок, отсыпке и уплотнении грунта в дорожных насыпях и дамбах.

К жестким глинистым грунтам могут быть отнесены многие дочетвертичные глинистые породы: мергелистые и опоковидные глины, аргеллиты, алевролиты и т.п. Следует иметь ввиду, что жесткие необратимые связи, а следовательно, и структурное сцепление Сс характерны также и для глин четвертичного возраста, если они имеют твердую или полутвердую консистенцию.

Связность Ʃw присуща глинистым несцементированным породам и в основном определяет их прочность, имеет водно-коллоидную природу, носит обратимый (восстанавливающийся) характер и обуславливает пластичность глинистых грунтов. Связность является следствием склеивающей способности водно-коллоидных оболочек, образующихся вокруг глинистых тонкодисперсных частиц.

При увлажнении глинистого грунта водно-коллоидных оболочек, образующихся вокруг глинистых тонкодисперсных частиц.

16. Схема компрессионных испытаний грунтов. Цель. Получаемые характеристики: (e), (a), (e_p) и (Е₀)

Показатели сжимаемости грунта, которые называется компрессионными характеристиками, используются при расчете величины осадки грунта в основании различного рода сооружений.

Для получения компрессионных характеристик грунта проводят испытания в компрессионных приборах (одометрах), где образец грунта, помещенный в жесткое метеллаческое кольцо, уплотняется под действием приложенной к нему нагрузки без возможности бокового расширения.

Компрессионные испытания грунта проводят под действием нескольких ступеней нагрузки, причем под каждой нагрузкой образец выдерживают до момента прекращения осадки, т.е. до момента стабилизации осадки образца под данной нагрузкой. Величину осадки образца Ah под действием уплотняющей нагрузки р определяют по показаниям мессур (индикаторов часового типа).

Сжимаемость грунта может характеризоваться следующими показателями:

коэффициентом пористости е (е);

коэффициентом сжимаемости а;

модулем осадки е,>\

модулем общей деформации фунта Ео.

17. Показатели сжимаемости грунта: коэффициент пористости (е), коэффициент уплотнения (а), модуль осадки (ер) и компрессионный модуль деформации (Е₀).

Коэффициент пористости (е):

Для определения этого показателя сжимаемости сначала находят начальное значение коэффициента пористости е₀, которое рассчитывается из условия полного водонасыщения фунта Sr = 1 по уравнению

e₀=Wϸ_s/S_rϸ_w или же e_o=Wϸ_s

так как плотного воды можно принять равной единице (ϸ_w=1 т/м³)

Затем рассчитывается значение коэффициента пористости грунта е_i, уплотненного под нафузкой Pi

e_i=e₀-(l+e₀)ε_z,

где ε_z - относительная деформация образца, которая равна ε_z=∆h_ср/h_нач

∆h_ср - средняя деформация уплотнения грунта; h_нач - начальная высота образца грунта.

В заключение строят компрессионную кривую типа e_i = f (p_i) (рис.19), которая иногда называется компрессионной кривой типа К.Терцаги, впервые предложившего характеризовать, таким образом, сжимаемость грунта.

Однако компрессионная кривая типа e_i = f(p_i) имеет ряд существенных недостатков:

а) требует многочисленных расчетов, так как для вычисления значений коэффициента пористости грунта необходимо иметь данные о плотности частиц грунта ps, а также о плотности фунта р и влажности фунта W, уплотненного под нагрузкой P_i (в особенности, если Sr≠ 1). В этом случае e_i находится по уравнению

е_i=(ps(1+W)-p)/p

б) лишена наглядности и оперирует понятиями е, мало знакомыми инженеру-строителю;

в) не дает количественного представления о деформируемости фунта.

коэффициент уплотнения (а)

Для численного выражения сжимаемости фунта Н.М.Герсевановым был предложен такой показатель, как коэффициент сжимаемости а- представляющий собой тангенс угла наклона спрямленной части компрессионной кривой на том или ином ее интервале нагрузок (см. рис.19).

а=tgα=(e1-e2)/(p2-p1)=∆e/∆p, [МПа^-1, см²/кг]

По величине коэффициента сжимаемости можно оценить степень сжимаемости грунта:

а< 0,001 - практически не сжимаем;

0,001 < а < 0,005 - слабо сжимаем;

0,005< а < 0,01 - обладает средней сжимаемостью;

а < 0,1 - сильно сжимаем.

Следует, однако, отметить, что коэффициент сжимаемости также является мало наглядной характеристикой сжимаемости грунта и имеет те же недостатки, что и предыдущий показатель.

модуль осадки (ер)

Модуль осадки е_р является наиболее наглядным и легко определяемым показателем сжимаемости грунта

е_р= 1000 ε_z, [мм/м].

Модуль осадки е_р показывает, на сколько мм сожмется слой грунта мощностью I м под действием нагрузки Р.

По результатам компрессионных испытаний образца грунта сфоится компрессионная кривая типа е_р = f(P), предложенная Н.Н. Масловым (рис.20). Компрессионная кривая типа ε_σ=f(σ)

Компрессионные кривые типа e = f(p_i) и e_p=f (P) связаны между собой формулами перехода

e_i=e₀-(1+e₀) ε_z/1000

e_p=1000(e₀-e_i)/(1+e₀)

Сжимаемость грунтов по величине модуля осадки e_p при P_i=0,3 МПа можно охарактеризовать следующим образом.

 

Категория грунта по сжимаемости	Модуль осадки, мм/м	Сжимаемость фунта
	Менее 1	Практически несжимаем
I	1...5	Слабая
II	5...20	Средняя
III	20... 60	Повышенная
IY	Более 60	Сильная

 

компрессионный модуль деформации (Е₀):

Модуль деформации, определенный по результатам испытания образца грунта в компрессионном приборе без возможности его бокового расширения, называется компрессионным модулем деформации.

Модуль деформации грунта представляет собой отношение сжимающего напряжения к относительной деформации образца

E₀ = P_i/ ε_z, [МПа, кг/см²].

По величине модуля деформации также можно судить о степени сжимаемости грунта: чем больше его величина, тем менее сжимаем грунт.

18. Компрессионная характеристика - модуль осадки е_p

Н.Н. Маслова. Физический смысл.

модуль осадки (ер)

Модуль осадки е_р является наиболее наглядным и легко определяемым показателем сжимаемости грунта

е_р= 1000 ε_z, [мм/м].

ε_z=∆h_ср/h_нач

∆h_ср - средняя деформация уплотнения грунта; h_нач - начальная высота образца грунта.

Модуль осадки е_р показывает, на сколько мм сожмется слой грунта мощностью I м при приложении к нему дополнительного давления Р.

По результатам компрессионных испытаний образца грунта сфоится компрессионная кривая типа е_р = f(P), предложенная Н.Н. Масловым (рис.20). Компрессионная кривая типа ε_σ=f(σ)

Компрессионные кривые типа e = f(p_i) и e_p=f (P) связаны между собой формулами перехода

e_i=e₀-(1+e₀) ε_z/1000

e_p=1000(e₀-e_i)/(1+e₀)

Сжимаемость грунтов по величине модуля осадки e_p при P_i=0,3 МПа можно охарактеризовать следующим образом.

 

Категория грунта по сжимаемости	Модуль осадки, мм/м	Сжимаемость фунта
	Менее 1	Практически несжимаем
I	1...5	Слабая
II	5...20	Средняя
III	20... 60	Повышенная
IY	Более 60	Сильная

Допустим e_0,3=15мм/м. Это означает, что метровый слой данного грунта при приложении к нему нагрузки p=0,3 МПа дает осадку в 15мм. Осадку ∆h для случая одномерной задачи того же грунта при той же нагрузке для слоя мощностью h=3 м просто определить по выражению ∆h=e_0,3h=15*5=45мм.

19. Модуль общей деформации грунтов Ер. Как определяется и чем отличается от компрессионного модуля Ео?

Модуль общей деформации грунта является обобщенной характеристикой деформируемости грунта и определяется в полевых условиях по вдавливанию штампа в фунт.

Модуль общей деформации грунта находится из выражения

E_p=p_i/λ_i, [МПа. кг/см²]

где р_i - удельная нагрузка, МПа (кг/см²);

λ - огносительная деформация штампа, которая определяется как λ =∆h/d;

∆ h - осадка штампа, мм; d - диаметр штампа, мм.

Модуль деформации грунта определяется в полевых условиях пробными нагрузками при влажностях, характерных для наиболее неблагоприятного периода работы сооружения (устанавливается путем многократных определений, проводимых в течение ряда лет).

Малым деформациям соответствуют большие значения модуля деформации фунтов. Модуль деформации используется при расчете осадок различного рода сооружений, а также при расчете дорожных конструкций.

Модуль деформации фунта Ер, определенный по вдавливанию штампа в фунт, отличается от компрессионного модуля деформации Ео тем, что под штампом грунт уплотняется в условиях возможности некоторого его бокового расширения.

20. Как на компрессионной кривой вида в Н.Н. Маслова отражается влияние «бытовой» природной плотности грунта основания или предварительного его уплотнения?

1-нагрузки, 2-разгрузки, 3-с учетом природного напряжения в грунте р_пр

21. От каких факторов зависит компрессионная сжимаемость грунтов?

Сжимаемость грунтов может быть охарактеризована следующими параметрами:

- зависимость коэффициента пористости e от давления p: e=f(p);

- коэффициент сжимаемости или уплотнения, m₀;

- модуль общей деформации грунта, Е_р;

- величина относительной деформации, или модуль осадки, е_р