Лекция № 4.

Определение механических характеристик грунтов

 в приборах трехосного сжатия

          Испытание грунта в приборе 3х осного сжатия ближе отвечает его работе в природных условиях и даёт наиболее надёжные результаты в определении его прочностных и деформационных свойств.

          3х осному напряженному состоянию грунт подвергается в стабилометре.

N        P1                                           H2O        P2   a

В приборе грунт находится в условиях объёмного напряженного состояния.                                               Р1               Р1                Р                      Р Р2                  Р2                                                                                                                                         Р                                      Р               Р1

Общий вид стабилометра

Напряженное состояние в данной точке весьма наглядно отображается при помощи эллипса напряжений, построенного на главных напряжениях.

ta   Рna   Рполн.

Р1   Рполн.  Р2

          Наиболее просто напряженное состояние в точке может быть выражено кругом Мора.

2          М                                                                                                                   Р     Р2     Р1                          РР              Рn

При  = 90о  = 0  Р2           Р2   При     = 0о  = 0                 Р1                  Р1

В процессе испытаний оставляем неизменным Р2 и увеличиваем Р1. Максимальное значение Р1 будет тогда, когда круг коснется прямой   Кулона        = Р tg     - уравнение, описывающие предельное сопротивление грунта сдвигу для песчаного грунта, т.е. процесс разрушения.

Р2                     С               Р1                                 = Р tg                  В                                                            Р                                    0

Может быть, и другая методика испытаний:                                                                                    = Р tg                  0                                     Р

Треугольник ОВС – прямоугольный, ВС – радиус

sin  = ;         ВС = ;      ОС = Р1 - =

sin  =  = ;         sin  =      - уравнение, описывающее предельное сопротивление грунта сдвигу при 3х осном напряженном состоянии (для сыпучих грунтов).

          Для связных грунтов необходимо подобным образом испытать  min 2 образца с различной величиной главных напряжений: Р1 – Р2 ; Р1¢ – Р2¢

В’                        = Р tg + C                                 В                           C                                                                                 С’                             Р                               Р2       С   Р2’  Р1           Р2’            0¢                Ре

Ре = С · сtg       -   Давление связности (суммарно заменяющие действие сил сцепления)

sin =  =  =

sin =     - для связных грунтов

Установим отношения между max  и  min значениями главных

 напряжений:

sin =  ;                  Р1 sin - Р1 = - Р2 – Р2 sin;

Р1(sin - 1) = - Р2(1+ sin);                         1= sin 90о

Тогда:

Преобразуем    sin, тогда:

              ;                     

Р1=Р2 tg2             Р2=Р1 tg2

                                                                          активное давление грунта (песок).

Для глинистых грунтов эти соотношения будут выглядеть несколько иначе:

sin=; 

    ;

Р1=Р2  + ;   Р2 =Р1 

активное давление грунта (гл. грунт).

Р1- Р2    еz

- разрушение в форме «бочка»           (рыхлый грунт)                  - разрушение в форме «скола» (плотные грунты)

еz – относительная продольная деформация;      еz=     

Si – осадка от одной ступени загрузки

Относительная объемная деформация:     ,

                                                                      где - изменение объема образца.

Модуль общей (линейной) деформации:

               Ео =   ,            - приращение осевого давления

Модуль объемной деформации:

                Еоб.=              -приращение объема

Из сопромата:  Еоб.=, откуда   - коэффициент

относительной поперечной деформации

Полевые методы определения сопротивления грунта сдвигу.

1.     Полевые сдвижные установки в шурфе

2.     Методы разрушения призм грунта в шурфе

3.     Испытание 4-х лопастным прибором (крыльчатка)

                                                                                         Скважина

                                                                                       20-30 см

Водопроницаемость грунтов.

В строительстве фильтрационные свойства грунта связаны:

1.         – с инженерными задачами (фильтрация берегов в результате строительства плотин).

2.         – с вопросами временного понижения у.г.в. для осушения котлованов.

Н                                               H1            L

По закону Дарси:         - кол-во  воды t – время                     I = F – площадь Кф – коэффициент фильтрации I – гидравлический градиент

Скорость фильтрации            ;            

Кф – коэффициент фильтрации – это скорость фильтрации при I = 1 (см/сек; м/сут)

Кф. песок= n 10-2 см/сек

Кф. глина= n 10-8 см/сек

              q                                 q = Кф I                                  q = Кф (I-Iн)

                         песок                    глина

                     Iн                                            I

                                            Начальный гидравлический градиент

Фильтрационные характеристики грунтов используются при:   

1.      Расчете дренажа

2.      Определении дебита источника подземного водоснабжения

3.      Расчёте осадок сооружений (оснований) во времени

4.      Искусственном понижение у.г.в.

5.      Расчете шпунтового ограждения при откопке котлованов, траншей

шпунт                                          h        у.г.в.    песок                                       L      Н	Как выкопать такой котлован? Уменьшить  - можно только изменяя    , в нашем случае . Отсюда определяется длина шпунта L.
	При I > Iн возникает фильтрация, развиваются осадки. При I < Iн   фильтрации нет,                                                                               нет и осадки!

Эффективные и нейтральные давления в грунтовой массе

Рz – эффективное давление, давление в скелете грунта (уплотняет и упрочняет грунт).

Рw – нейтральное давление, давление в поровой воде (создает напор в воде, вызывая ее фильтрацию).

          В любой момент времени в полностью водонасыщенной грунтовой массе имеет место соотношение:   Р = Рz + Рw   , где Р – полное давление

               Р                    При   t = 0         Р = Рw  

                                     При   t = t1         Р = Рw+ Рz

                                     При   t =        Р = Рz – это теоретически, практически   

                                                              для того чтобы  Рw0, требуется    

                                                              длительный период времени.           

Осадка может происходить и при Р = Рz за счет явлений ползучести скелета.

                                                     T (время)

                                                                        S = f (Кф)

                                 глина

S                                           

                                                   срок возведения здания