Опубликовано Сжимаемость грунтов (закон уплотнения).
⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 15Следующая ⇒Сжимаемость грунтов – способность их уменьшаться в объеме (давать осадку) под действием внешнего давления. Степень сжимаемости грунтов зависит от структуры грунта и является важной характеристикой механических свойств грунта, которая используется для расчета осадок зданий и различных сооружений. Сжимаемость грунтов обусловлена изменением их пористости при приложении нагрузки и происходит за счет возникновения взаимных сдвигов частиц. Уменьшения толщины водно-коллоидных пленок отжатия воды в водонасыщенных грунтах и за счет разрушения кристаллизационных связей в сильно структуированных грунтах. В связи с тем, что сжимаемость грунтов связана с уменьшением их пористости, в механике грунтов принято характеризовать сжимаемость грунта зависимостью коэффициента пористости е от уплотняющего давления Р. Эта зависимость называется компрессионной и определяется в лабораторных условиях экспериментально в приборах двух типов: 
При относительно малых давлениях < сжимаемость грунта м.б. сравнительно небольшой, значительно меньшей, чем при больших давлениях.
При изменении давления в практических целях заменяют зависимость между Е и Р прямолинейной, т.е. заменяют кривую
на этом участке отрезком стягивающей хорды. Тогда из геометрических соображений получим ,
коэффициент сжимаемости . Для расчета осадок удобнее пользоваться коэффициентом относительной сжимаемости
.Эти показатели необходимы для расчета осадок фундамента зданий или сооружений.
Сформулируем закон уплотнения. Уравнение (1) описывает изменение коэффициента пористости только для спрямленного участка компрессионной кривой и поэтому является приближенным. Но если изменения давлений будут бесконечно малыми, то изменения коэффициента пористости будут точно пропорциональны изменению давления:
Полученное соотношение называется законом уплотнения грунтов: бесконечно малое изменение относительного объема пор грунта прямо пропорционально бесконечно малому изменению давления
24.
Сопротивление несвязных и связных грунтов сдвигу (закон Кулона).
Грунты оснований зданий и сооружений испытывают воздействие не только нормальных, но и касательных напряжений. Когда касательные напряжения по какой-либо поверхности в грунте достигают его предельного сопротивления, то происходит сдвиг одной части массива грунта по другой.
Сопротивлений грунта сдвигу характеризуется его прочностными свойствами и используется в расчетах оснований по первому предельному стоянию (прочности).
Прочностью грунта называют способность его воспринимать силы внешнего воздействия, не разрушаясь. Прочность грунта определяется его сопротивляемостью сдвигу и оценивается показателем, который называется предельным сопротивлением сдвигу .
Внутренним сопротивлением, препятствующим сдвигу частиц, в песчаных грунтах будет лишь трение, возникающее в точках контакта частиц. В связных же грунтах перемещению частиц будут сопротивляться внутренние структурные связи.
Предельное сопротивление грунтов сдвигу может быть установлено по испытанию его образцов на прямой плоскостной срез, трехосное сжатие, по результатам среза грунта крыльчаткой и др. способами. При испытаниях на прямой плоскостной срез используют односрезный прибор. При этом цилиндрический образец грунта помещают в срезыватель так, чтобы одна его половина оставалась неподвижной, а другая могла перемещаться горизонтально под действием сдвигающей нагрузке. К образцу прикладывается так же вертикальная сжимающая нагрузка.
Рис.10. Схема сдвигового прибора.
Многочисленными экспериментами установлено, что график зависимости предельного сопротивления сдвигу сыпучих грунтов от давления представляет собой прямую, исходящую из начала координат и наклоненную под углом φ к оси давлений.
Рис.11. График сопротивления сдвигу сыпучего грунта.
Эта зависимость может быть выражена уравнением:
,
где φ – угол внутреннего трения грунта.
Это и есть закон Кулона для сыпучих грунтов (1773 г.) — предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление трению, прямо пропорциональное нормальному давлению.
Основными видами испытаний связных грунтов на сдвиг будут испытания по закрытой (неконсолидированные испытания) и открытой (консолидированные) системам. Испытания грунтов по первой схеме выполняются таким образом, что плотность и влажность грунта в процессе опыта не меняются, и поэтому такие опыты носят название быстрого сдвига. Испытания по открытой схеме производят после предварительного уплотнения образцов вертикальной нагрузкой до стабилизации осадки, а горизонтальное усилие на образец передается ступенями, при этом каждая ступень выдерживается до стабилизации горизонтальной деформации. Испытания сыпучих грунтов производят по первой схеме, а связных по второй.
Диаграмма испытания глинистых грунтов на сдвиг приведена на рис.12.Рис.
12. График сопротивления сдвигу связного грунта.
Опыты показывают, что диаграмму консолидированного сдвига глинистых грунтов, несмотря на кривизну начального участка, без особых погрешностей можно описать уравнением прямой линии:
.
Это уравнение выражает закон Кулона для связных грунтов: предельное сопротивление связных грунтов сдвигу при завершенной консолидации есть функция первой степени от нормального давления.
Т.о. для связных грунтов сопротивление сдвигу характеризуется двумя параметрами: углом внутреннего трения φ и удельным сцеплением с. Если прямую аb продлить влево до пересечения с осью абсцисс, то она отсечет на ней отрезок
.
Характеристики сопротивления грунтов сдвигу могут быть так же определены по результатам опытов на трехосное сжатие. Прибор для таких испытаний называется – стабилометром.
Т.о., для расчета оснований зданий и сооружений необходимо определить вышеуказанные прочностные характеристики, а именно: угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта.
Читайте также:
Коэффициент сжимаемости грунта (таблица)
Коэффициентом сжимаемости грунта называют отношение изменения коэффициента пористости к разности сжиманий.
Определяется по формуле:
е1- е2
m0 = tg a = ————-
p2 — p1
е1 — величина коэффициента пористости при сжимании p1;
е2 — величина коэффициента пористости при сжимании p2.
Коэффициентом относительной сжимаемости грунта называют относительную деформацию, приходящуюся на единицу давления.
Значение определяется по формуле:
∆hi m0
MV =———- = ———-
h pi 1+ е0
где ∆ hi – осадка (деформация) образца при изменении величины давления от 0 до p1 по компрессионной кривой, мм;
h — начальная высота образца, мм;
е0 — первоначальное значение коэффициента пористости.
Определение
Одним из важнейших деформационных свойств почв является сжатие. Сжимаемостью (уплотнением) грунтов называют их способность уменьшаться в объеме в результате воздействия внешнего давления.
Характер уплотнения напрямую зависит от структуры почв, минералогического и гранулометрического состава, рыхлости, структуризации внутренних связей и вида нагрузки.
Влияние породы и другие факторы
- Песчаные породы отличаются малой сжимаемостью в связи с составом и плотностью сложения. Во время сдавливания отдельные крупицы перемещаются, с увеличением мощности они дробятся.
- Глинистые породы отличаются уплотнением в зависимости от минерального состава, состояния породы и множества других показателей. Например, глина насыщенная элементами натрия более сжимаема, чем глина богатая кальцием. Чем большая пористость грунта, тем выше абсолютная величина уплотнения.
Большое влияние на показатель сжатия оказывает поступательная скорость нагрузки. Согласно опытам, при увеличении скорости и ступеней нагрузки, сжимаемость пород увеличивается.
При опытах, проведенных в лаборатории, нарастание сдавливания проходит гораздо быстрее, чем в естественных условиях при строительстве, поэтому результаты могут быть несколько завышенными. В действительности осадки сооружений зачастую оказываются меньшими, чем в расчетах по данным испытаниям.
Приборы для измерения
Для определения сжимаемости используют различные приборы, которые можно разделить на два типа:
- одометры – приборы, с жесткими, плотными металлическими стенками, которые препятствуют расширению образца сбоку при его сжатии под вертикальной нагрузкой;
- стабилометры – приборы, с аэростатическим или гидростатическим боковым обжатием, заменяющие жесткие стенки приборов первого типа;
Компрессия грунта отличается от уплотнения.
Посмотрите видео: Испытания грунтов методом контролируемых перемещений Геотек
Сжимаемость грунтов
Вернуться на страницу «Основания фундаментов»
Сжимаемость грунтов под основанием
В грунте, при сжатии, одновременно происходят следующие основные процессы:
— сближение и взаимные сдвиги (перемещение) структурных агрегатов и отдельных частиц с разрушением содержащих их связей и изменением ориентации;
— обжатия и разрушения структурных агрегатов и самых твердых частиц (особенно в точках их контактов), что связано с его уплотнением;
— вытеснения свободной воды и воздуха из пор грунта, сопровождающееся более плотным заключением его твердых компонентов, что приводит к уменьшению пористости грунта;
— сжатие и выдавливание пленок адсорбированного воды в точках взаимного соприкосновения (точках контакта) твердых частиц почвы; сжатие и частичное растворение шариков воздуха.
Роль каждого из этих явлений в общем процессе деформирования зависит от многих факторов: гранулометрического состава грунта, плотности строения, влажности и др.
Некоторые из указанных выше деформаций являются необратимыми (остаточными), другие частично восстанавливаются после устранения нагрузки (то есть упругими).
К необратимым деформациям относят:
— сближение, взаимные сдвиги и разрушения структурных агрегатов и самих почвенных частиц;
— выдавливание из почвы воздуха, имеющий свободный выход на поверхность, а в отдельных случаях — и поровой воды (в водонасыщенных грунтах).
Деформации грунта лишь частично восстанавливаются после устранения нагрузки, это происходит из за следующих процессов:
— деформации самих твердых частиц;
— сжатие поровой воды содержащей растворенный воздух;
— деформации пленок связанной воды.
Эти деформации, как правило, во много раз меньше остаточных. Учитывая, что твердые структурные элементы грунта при воздействии нагрузок не меняют своего объема, а лишь занимают новые, более устойчивые положения, можно считать, что при сжатии грунта необратимые деформации вызывают его уплотнение, то есть уменьшение объема грунта, которое в свою очередь происходит только за счет уменьшения объема пор.
Особенность упругих деформаций грунтов — замедленность их протекания в отличие от упругих деформаций других нелинейно деформируемых материалов, которые происходят очень быстро и принимаются в строительной механике мгновенными.
Необратимые деформации грунтов называют пластичными, хотя это и не совсем соответствует понятию, что вкладывается в этот термин в строительной механике, где к категории пластических относят только необратимые деформации изменения формы тела при сохранении постоянного объема.
Основными количественными показателями сжимаемости грунта является деформационные характеристики — структурная прочность при сжатии, коэффициент сжимаемости, коэффициент бокового расширения, модуль деформации. Эти характеристики зависят от многих факторов (плотности строения грунта, его влажности и т.п.) и устанавливаются, как правило, опытным путем. Они могут быть определены компрессионными исследованиями грунтов, его испытаниями на одноосное и трехосной сжатия. Их правильный выбор имеет первостепенное значение для практики, ведь от этого зависит точность расчетов деформаций оснований зданий и сооружений.
| Характеристики анализа расчетов | GEO5
Индекс сжатия
class = «h2″>Он описывает изменение коэффициента пустотности e как функцию изменения эффективного напряжения σ ef в логарифмической шкале:
Коэффициент пустотности e в зависимости от эффективного напряжения σ ef
Таким образом, он представляет собой деформационную характеристику переуплотненного грунта:
где: | Δe | — | изменение коэффициента пустотности 40 |
Δlogσ ef | — | изменение эффективного напряжения |
Диапазон индекса сжатия C c (Командование инженерных сооружений ВМФ Механика грунтов РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ 7.
01)
Типичный диапазон индекса сжатия составляет от 0,1 до 10. Приблизительные значения для однородного песка для диапазона нагрузок от 95 кПа до 3926 кПа достигают значений от 0,05 до 0,06 для рыхлого состояния и от 0,02 до 0,03 для плотного состояния. . Для илов это значение составляет 0,20.
Для слабо переуплотненных глин и илов, испытанных в США Луизиана Кауфманн и Шерманн (1964) представили следующие значения :
Грунт | 05 Эффективное напряжение консолидации σ 9 cef [кПа] | Конечное эффективное напряжение в грунте σ ef [кПа] | Индекс сжатия C c [-] |
CL мягкая глина | 160 | 200 | 0.34 |
Кл твердая глина | 170 | 250 | 0,44 |
МЛ ил низкой пластичности | 230 | 77 900 0,16 | |
CH глина высокой пластичности | 280 | 350 | 0,84 |
CH мягкая глина со слоями ила |
Что такое сжимаемость и уплотнение почвы?
Сжимаемость
почва определяется как способность почвы уменьшать свой объем при
механические нагрузки, тогда как уплотнение — сжатие насыщенных
грунт находится под постоянным давлением и возникает в результате вытеснения воды
из почвенных пустот.
Сжимаемость и уплотнение почвы имеют решающее значение
параметры, требуемые при проектировании.
Уплотнение грунта делится на три этапа, включая начальное уплотнение, первичное уплотнение и вторичное уплотнение. Уплотнение почвы зависит от времени, и его анализ обычно основан на теории Терзаги.
Важно знать скорость консолидации, а также общую консолидацию, которую необходимо Ожидается при проектировании конструкций.Таким образом, дизайнер сможет установить необходимые меры предосторожности и конструктивные соображения для сохранения урегулирования до допустимого предела, иначе желание пользоваться конструкцией может быть нарушено и расчетный срок службы конструкции может быть сокращен.
Сжимаемость Почва
Когда массив грунта подвергается сжимающей силе, его объем уменьшается, т.е. дает величину осадки. Свойство почвы, из-за которого происходит уменьшение объема под действием сжимающей силы, известно как сжимаемость почвы.
Сжатие грунта может происходить из-за сжатия твердых частиц и воды в пустотах, сжатия и вытеснения воздуха в пустотах, вытеснения воды в пустотах.
Уплотнение грунта
Сжатие насыщенный грунт под постоянным статическим давлением называется уплотнением, которое полностью за счет вытеснения воды из пустот. Консолидация обычно относится к мелкозернистым почвам, таким как илы и глины.
Грунт крупнозернистый, такие как песок и гравий, также уплотняются, но с гораздо большей скоростью из-за их высокой проницаемости. Насыщенные глины затвердевают гораздо медленнее. скорость из-за их низкой проницаемости.
Процесс уплотнения часто путают с процессом уплотнения. Уплотнение увеличивает плотность ненасыщенного грунта за счет уменьшения объема воздуха в пустотах. Однако уплотнение — это связанный со временем процесс увеличения плотности насыщенного грунта за счет слива некоторой части воды из пустот.
Рис. 2: Уплотнение или уплотнение почвы Теория консолидации необходима для предсказания обоих
величина и скорость консолидации расчетов до
обеспечить работоспособность конструкций, основанных на сжимаемом слое грунта.
Уплотнение почвы состоит из трех компонентов, которые включают начальную консолидацию, первичную консолидацию и вторичную консолидация:
1. Первоначальная консолидация
При приложении нагрузки к частично насыщенной почве уменьшение объема происходит за счет вытеснения и сжатие воздуха в пустотах.Небольшое уменьшение громкости происходит из-за сжатие твердых частиц.
Уменьшение объем почвы сразу после приложения нагрузки известен как начальный уплотнение или начальное сжатие. Для насыщенных почв начальная уплотнение происходит в основном за счет сжатия твердых частиц.
2. Первичная консолидация
После начального
уплотнение, дальнейшее уменьшение объема происходит за счет вытеснения воды
из пустот. Когда насыщенный грунт подвергается давлению, сначала все
приложенное давление воспринимается водой как избыточное давление поровой воды.А
гидравлический градиент разовьется, и вода начнет вытекать, и
происходит уменьшение громкости.
Это сокращение объем называется первичным уплотнением почвы. В мелкозернистых почвах первичное уплотнение происходит в течение длительного времени. Однако в крупнозернистом почв первичное уплотнение происходит довольно быстро из-за высокой проницаемость.
3. Вторичная консолидация
Уменьшение объема продолжается очень медленными темпами даже после того, как избыточное гидростатическое давление, создаваемое приложенным давлением, полностью рассеивается и первичное уплотнение завершается.
Дополнительное уменьшение объема называется вторичной консолидацией. Вторичное уплотнение становится важным для определенных типов почв, таких как торф и мягкие органические глины.
Подробнее:
Уплотнение против консолидации
Коэффициент однородности (Cu) и коэффициент кривизны (Cc) почвы
Коэффициент однородности (Cu), коэффициент кривизны (Cc) и эффективный размер (D10) являются характеристиками сортировки почвы.
Это геометрические свойства кривой профилирования, описывающие определенный тип почвы.
Особенности и определение коэффициента однородности, коэффициента кривизны и эффективного размера описаны в этой статье.
Характеристики кривой класса
Кривая гранулометрического состава анализируется с использованием различных размеров частиц: D60, D30 и D10. Кривая представляет собой график, построенный между процентным содержанием более мелких частиц по оси Y и размером частиц по оси X в логарифмическом масштабе.Это построено на основе наблюдений ситового анализа, проведенного на образце почвы.
Также читайте: Ситовой анализ почвы
Рис.1. Кривая распределения по размеру рейтинга: Изображение предоставлено: ntpel.ac.inВ На графике различные размеры частиц D10, D30 и D60 представлены как показано на рисунке 1 выше.
D10 называется эффективным размером частиц . Это означает, что 10% частиц мельче и 90% частиц крупнее, чем D10.
Это размер на 10% мельче по весу.
Аналогично, D60 — это размер частиц, при котором 60% частиц являются более мелкими, а 40% — более мелкими. частицы крупнее, чем размер D60. D30 — это размер, при котором на 30% меньше вес и оставшиеся 70% частиц крупнее, чем размер D30. Следовательно, D10, D30 и D60 используются для определения мер градации.
Меры градации
коэффициент однородности (Cu) и коэффициент градации (Cc) являются меры градации почвы.Эти коэффициенты помогают классифицировать почву как хорошо или плохо оцененные.
Коэффициент однородности (Cu)
Коэффициент однородности (Cu) определяется как отношение D60 к D10. Значение Cu от 4 до 6 означает, что почва хорошо отсортирована. Когда Cu меньше 4, почва классифицируется как плохо или равномерно.
Равномерно отсортированный грунт содержит идентичные частицы со значением Cu приблизительно равным 1. Значение коэффициента однородности 2 или 3 классифицирует почву как плохо отсортированную.
Пляжный песок попадает в эту категорию.
Более высокое значение Cu указывает на то, что почвенная масса состоит из частиц почвы разного размера.
Коэффициент кривизны (Cc)
Коэффициент кривизны определяется по формуле:
Чтобы почва была хорошо оцененный, значение Cc должно находиться в диапазоне от 1 до 3.
Для любого размера масса почвы, значение Cu и Cc составляет 1.
10. Прочие свойства почв
10.0 Прочие важные свойства почвы
В следующих разделах кратко определяется количество другие свойства почвы, важные для планирования строительство земляных дамб, дамб и каналов. Несколько примеры строительства дамб и дамб в конкретные группы почв перечислены в последних шести столбцах таблицы. 26.
10,1 Проницаемость уплотненного грунт
К степени проницаемости уплотненного грунта относится
к скорости, с которой вода движется через почву после нее
был уплотнен.
Если грунт крупнозернистый, после уплотнения *
содержит большие сплошные поры, пропускает воду
быстро и, как говорят, имеет высокую проницаемость. Мелкозернистый
почвы содержат очень мелкие сплошные поры и уплотненные
мелкозернистая почва будет пропускать воду очень медленно и
имеют низкую проницаемость.
10.2 Характеристики уплотнения
Характеристики уплотнения грунта указывают на относительный ответ этого грунта на уплотняющее усилие (уплотнение).Грунты с хорошими характеристиками уплотнения можно уплотняется до высокой степени с минимальными усилиями. Почвы материал с пластикой индекс, близкий к 16 процентам, имеет лучшее уплотнение характеристики.
Для каждой почвы существует оптимальная влажность, которая
позволит максимально уплотнить почву
степени с наименьшими усилиями и позволяют уплотненной почве
для достижения самой низкой проницаемости.
Оптимальная влажность
содержание для различных типов почв следующее:
Примечание: обычно оптимальная влажность На 2-3 процента меньше пластикового предела почвы. |
пластик10.3 Сжимаемость
Сжимаемость — это степень, в которой уменьшается в объеме при поддержании груза. Сжимаемость самая низкая в крупнозернистых грунтах, где частицы контактируют друг с другом. Он увеличивается как доля мелких частиц увеличивается и становится самый высокий в мелкозернистых почвах, содержащих органические вещества.Ниже приведены некоторые примеры сжимаемости для различные почвы:
- Гравий и песок практически несжимаемы. Если влажная масса этих материалов подвергается
до сжатия нет значительного изменения
их объем;
- Глины сжимаемые. Если влажная масса из глины подвергается сжатию, влага и воздух могут быть изгнанным, что приведет к уменьшению объема, что не восстанавливается сразу, когда нагрузка удалено.
Если влажная масса этих материалов подвергается
до сжатия нет значительного изменения
их объем;Мелкозернистые почвы, содержащие не менее 50 процентов ила + глина могут быть отнесены к трем классам сжимаемость на основе их предела жидкости. Это следующие:
- Низкая сжимаемость: LL менее 30;
- Средняя сжимаемость: LL от 30 до 50;
- Высокая сжимаемость: LL более 50.
В целом сжимаемость приблизительно равна
пропорционально пластичности
index (см. раздел 8.5). Чем больше ИП, тем
большая сжимаемость почвы.
10,4 Потенциал набухания при усадке
Усадочно-набухающая способность грунта — это качество что определяет изменение его объема при изменении влажности Некоторые почвы сжимаются при высыхании и набухают при мокрый.
На изменение объема грунтовой массы влияют: изменение количества влаги, а также количество и вид глины, присутствующей в почве.В Ниже приведены некоторые примеры возможности набухания при усадке для различные почвы:
- Низкая усадочная способность к набуханию: суглинистый песок, песок и каолинитовая глина;
- Высокий потенциал набухания при усадке: монтмориллонит * глина.
10,5 Прочность на сдвиг
Прочность грунта на сдвиг означает относительную
сопротивление грунта скольжению при поддержании груза.Наибольшее сопротивление скольжению проявляется в почвах, которые
состоят из чистого гравия с содержанием менее 5 процентов
ил + глина.
Прочность грунта на сдвиг уменьшается по мере увеличения
увеличивается доля мелких частиц. Он самый низкий в
мелкозернистые органические почвы. Например, при создании
плотины, важно удалить всю органическую почву, чтобы
уменьшить возможность скольжения.
10.6 Чувствительность к трубопроводу
Чувствительность грунта к трубопроводу означает
степень внутренней эрозии, возникающей при попадании воды
проходит через поры или трещины этой почвы.Почвы
с высокой восприимчивостью к трубопроводу те, которые имеют
большие поры, через которые вода движется очень быстро, но
в котором частицы почвы достаточно мелкие и достаточно
отсутствие когерентности для движения отдельных частиц
охотно. Наиболее чувствительные материалы — мелкий песок.
и непластичные илы с индексом пластичности менее
чем 5. Хотя крупный песок и гравий также могут
быстро пропускают воду, сопротивляются внутреннему движению
лучше, потому что они состоят из крупных отдельных частиц.