Просадочные грунты: типы и характеристики. Метод определения плотности грунта. Современные проблемы науки и образования Состав и строение грунтов

Совокупность твердых частиц образует скелет грунта. Форма частиц может быть угловатой и округлой. Основной характеристикой структуры грунта является гранулометрический состав, который показывает количественное соотношение фракций частиц различного размера.

Текстура грунта зависит от условий его формирования и геологической истории и характеризует неоднородность грунтовой толщи в пласте. Различают следующие основные виды сложения природных глинистых грунтов: слоистые, слитные и сложные.

Основные виды структурных связей в грунтах:

1) кристаллизационные связи присуще скальным грунтам. Энергия кристаллических связей соизмерима с внутрикристаллической энергией химической связи отдельных атомов.

2) водно-коллоидные связи обуславливаются электромолекулярными силами взаимодействия между минеральными частицами, с одной стороны, и пленками воды и коллоидными оболочками – с другой. Величина этих сил зависит от толщины пленок и оболочек. Водно-коллоидные связи пластичны и обратимы; при увеличении влажности они быстро уменьшаются до значений близких к нулю.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Конспект лекций по механике грунтов

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Состав и строение грунтов
Грунт является трехкомпонентной средой, состоящей из твердой, жидкой и газообразной компоненты. Иногда в грунте выделяют биоту – живое вещество. Твердая, жидкая и газообразная компоне

Физические свойства грунтов
Представим себе некоторый объем трехкомпонентного грунта массой

Понятие об условном расчетном сопротивлении
Важнейшей характеристикой несущей способности грунтов является расчетное сопротивление, которое зависит от физико-механических свойств основания и геометрических параметров фундамен

Механические свойства грунтов
Под механическими свойствами грунтов понимают их способность сопротивляться изменению объема и формы в результате силовых (поверхностных и массовых) и физических (изменение влажности, температуры и

Деформируемость грунтов
Под действием нагрузок, передаваемых сооружением, грунты основания могут испытывать большие деформации. Рассмотрим зависимость осадки штампа

Компрессионные испытания, получение и анализ компрессионных кривых
Компрессией называется одноосное сжатие образца грунта вертикальной нагрузкой при условии отсутствия его бокового расширения. Испытания проводят в компрессионном приборе – одометре (рис. 2.2.).

Деформационные характеристики грунтов
При небольшом изменении сжимающих напряжений (порядка 0,1…0,3 МПа) уменьшение коэффициента пористости грунта пропорционально увеличению сжимающего напряжения. Коэффициент сжимаемости

Водопроницаемость грунтов
Водопроницаемостью называется свойство водонасыщенного грунта под действием разности напоров пропускать через свои поры сплошной поток воды. Рассмотрим схему фильтрации воды в элеме

Закон ламинарной фильтрации
Экспериментально ученым Дарси было установлено, что скорость фильтрации прямо пропорционально разности напоров (

Закономерности фильтрации воды в сыпучих и связных грунтах
Закон Дарси справедлив для песчаных грунтов. В глинистых грунтах при относительно небольших значениях градиента напора фильтрация может не возникать. Постоянный режим фильтрации устанавливается пос

Сопротивление грунтов при одноплоскостном срезе
Сдвиговой прибор (рис. 2.6.) позволяет при различных заданных нормальных напряжениях определить предельные сдвигающие напряжения, возникающие в момент разрушения образца грунта. Сдвиг (разрушение)

Сопротивление сдвигу при сложном напряженном состоянии. Теория прочности Кулона-Мора
Теория Кулона-Мора рассматривает прочность грунта в условиях сложного напряженного состояния. Пусть к граням элементарного объема грунта приложены главные напряжения (рис. 2.8, а). При постепенном

Прочность грунтов в неконсолидированном состоянии
Изложенное выше соответствует проведению испытаний грунтов в стабилизированном состоянии, т. е. когда осадка образца от действия сжимающего напряжения прекратилась. При незавершенной консо

Полевые методы определения параметров механических свойств грунтов
В тех случаях, когда сложно или невозможно отобрать образцы грунта ненарушенной структуры для определения деформационных и прочностных характеристик используют полевые методы испытаний.

Определение напряжений в массивах грунтов
Напряжения в массивах грунтов, служащих основанием, средой или материалом для сооружения, возникают под воздействием внешних нагрузок и собственного веса грунта. Основные задачи расчета на

Модель местных упругих деформаций и упругого полупространства
При определении контактных напряжений важную роль играет выбор расчетной модели основания и метода решения контактной задачи. Наибольшее распространение в инженерной практике получи

Влияние жесткости фундаментов на распределение контактных напряжений
Теоретически эпюра контактных напряжений под жестким фундаментом имеет седлообразный вид с бесконечно большими значениями напряжений по краям. Однако вследствие пластических деформаций грунта в дей

Распределение напряжений в грунтовых основаниях от собственного веса грунта
Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на глубине z от поверхности определяются формулой:

Определение напряжений в грунтовом массиве от действия местной нагрузки на его поверхности
Распределение напряжений в основании зависит от формы фундамента в плане. В строительстве наибольшее распространение получили ленточные, прямоугольные и круглые фундаменты. Таким об

Задача о действии вертикальной сосредоточенной силы
Решение задачи о действии вертикальной сосредоточенной силы, приложенной к поверхности упругого полупространства полученное в 1885 г. Ж. Буссинеском, позволяет определить все компоненты напряжений

Плоская задача. Действие равномерно распределенной нагрузки
Схема для расчета напряжений в основании в случае плоской задачи при действии равномерно распределенной нагрузки интенсивностью

Пространственная задача. Действие равномерно распределенной нагрузки
В 1935 г. А. Лявом были получены значения вертикальных сжимающих напряжений в любой точк

Метод угловых точек
Метод угловых точек позволяют определить сжимающие напряжения в основании по вертикали, проходящей через любую точку поверхности. Возможны три варианта решения (рис.3.9.).

Влияние формы и площади фундамента в плане
На рис. 3.10. построены эпюры нормальных напряжений по вертикальной оси, проходящей чере

Прочность и устойчивость грунтовых массивов. Давление грунтов на ограждения
При определенных условиях может происходить потеря устойчивости части грунтового массива, сопровождающаяся разрушением взаимодействующих с ней сооружений. Это связано с формирование

Критические нагрузки на грунты основания. Фазы напряженного состояния грунтовых оснований
Рассмотрим график зависимости на рис. 4.1, а. Для связного грунта начальный уча

Начальная критическая нагрузка соответствует случаю, когда в основании под подошвой фундамента в единственной точке под гранью фундамента возникает предельное состояние. Выберем в основани

Нормативное сопротивление и расчетное давление
Если допустить под подошвой центрально нагруженного фундамента шириной b развитие зон предельного равновесия на глубину

Предельная критическая нагрузка ри соответствует напряжению под подошвой фундамента, при котором происходит исчерпание несущей способности грунтов основания (рис. 4.1), что привод

Практические способы расчета несущей способности и устойчивости оснований
Принципы расчета оснований фундаментов по I предельному состоянию (по прочности и несущей способности грунтов). Согласно СНиП 2.02.01-83* несущая способность основания считается обеспеченн

Устойчивость откосов и склонов
Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь. Откосы образуются при возведении различного рода насыпей (дамбы, земляные плотин

Понятие о коэффициенте запаса устойчивости откосов и склонов
Коэффициент устойчивости часто принимается в виде: , (4.13) где

Простейшие методы расчетов устойчивости
4.4.1. Устойчивость откосов в идеально сыпучих грунтах (ϕ ≠0; с=0) Имеется откос с углом заложения α, при заданном φ для песка, слагающе

Учет влияния фильтрационных сил
Если уровень подземных вод находится выше подошвы откоса, возникает фильтрационный поток, выходящий на его поверхность, что приводит к снижению устойчивости откоса. В этом случае при рассм

Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения
Предполагается, что потеря устойчивости откоса (склона) может произойти в результате вра

Мероприятия по повышению устойчивости откосов и склонов
Одним из наиболее эффективных способов повышения устойчивости откосов и склонов является их выполаживание или создание уступчатого профиля с образованием горизонтальных площадок (берм) по высоте от

Понятия о взаимодействии грунтов с ограждающими конструкциями (давление покоя, активное и пассивное давление)
Ограждающие конструкции предназначены для удерживания от обрушения находящихся за ними грунтовых массивов. К таким конструкциям относится подпорная стенка, а также стены подвалов и

Определение пассивного давления
Пассивное давление возникает при перемещении стенки в сторону грунта засыпки (рис. 4.9).

Постановка задачи
Расчетные схемы к задаче определения конечной стабилизированной осадки основания от действия нагрузки, передаваемой на грунты через подошву фундамента, представлены на рис. 5.1.

Определение осадок линейно-деформируемого полупространства или слоя грунта ограниченной мощности
Используются строгие решения о распределении напряжений в однородном изотропном массиве грунтов от нагрузок, приложенных на его поверхности. Зависимость между осадкой подошвы центрально-нагруженног

Практические методы расчета конечных деформаций оснований фкндаментов
5.2.1. Расчёт осадок методом послойного суммирования. Метод послойного суммирования (без учёта возможности бокового расширения грунта) рекомендован СНиП 2.02.01-83*.

Расчет осадок методом эквивалентного слоя
Эквивалентный слой – это слой грунта толщиной hэ, осадка которого при сплошной нагрузке на поверхности р0 будет равна осадке грунтового полупространства под возд

Лекция 9
5.3. Практические методы расчёта осадок оснований фундаментов во времени. Если в основании фундаментов залегают водонасыщенные глинистые гр

Прочность грунтов – это их способность сопротивляться разрушению. В инженерно-геологических целях важно знать механическую прочность грунтов, т.е. способность сопротивляться разрушению под воздействием механических напряжений. Если деформационные характеристики определяются при напряжениях, не приводящих к разрушению (т.е. до критических), то параметры прочности грунтов определяются при нагрузках, приводящих к разрушению грунта (т.е. предельных).

Физическая природа прочности грунтов определяется силами взаимодействия между частицами, т.е. зависит от прочности структурных связей. Чем больше силы взаимодействия между частицами грунта, тем выше его прочность в целом. Установлено, что разрушение грунта происходит при сдвиге одной его части по другой под действием касательных напряжений от внешней нагрузки. Грунт оказывает при этом сопротивление сдвигающим усилиям: в несвязных грунтах это сопротивление внутреннего трения, а для связных грунтов, кроме того, сопротивление сил сцепления.

Параметры прочности чаще определяют в лабораторных условиях на одноплоскостных приборах прямого среза и стабилометрах. Схема прибора прямого среза изображена на рис. 2.13. Он представляет собой обойму из двух металлических колец, между которыми оставлен зазор (около 1 мм). Нижнее кольцо укреплено неподвижно, верхнее может смещаться горизонтально.

Испытания проводят на нескольких образцах, предварительно уплотненных разными вертикальными давлениями р . Величина нормального напряжения σ от нагрузки уплотнения составит , где A – площадь образца. Затем ступенями прикладываем горизонтальные нагрузки Т , под действием которых в зоне ожидаемого сдвига развиваются касательные напряжения . При некотором значении наступает предельное равновесие и происходит перемещение верхней части образца по нижней. За предельное сопротивление грунта сдвигу принимают касательные напряжения от той ступени загружения, при которой развитие деформаций сдвига не прекращается.

При сдвиге (одноплоскостном срезе) прочность грунта зависит от соотношения нормального сжимающего и касательного сдвигающего напряжений, действующих на одной площадке: чем больше вертикальная сжимающая нагрузка на образец грунта, тем большее сдвигающее напряжение надо приложить к образцу для его среза. Взаимосвязь предельных касательных и нормальных напряжений описывается линейным уравнением, представляющим собой уравнение предельного равновесия (закон Кулона)

Tgj + c , (2.22)

где – угол внутреннего трения, град; tg – коэффициент внутреннего трения; с – сцепление, МПа. Здесь равен углу наклона прямой в координатах , а величина сцепления с равна отрезку, отсекаемому на оси , т.е. при (рис. 2.14). Для сыпучих грунтов, не обладающих сцеплением (с = 0), закон Кулона упрощается:

Tgj . (2.23)

Таким образом, и с являются параметрами прочности грунта на сдвиг.

С углом внутреннего трения в некоторых случаях отождествляется угол естественного откоса , определяемый у несвязных грунтов. Углом естественного откоса называется угол наклона поверхности свободно насыпанного грунта к горизонтальной плоскости. Он формируется за счет сил трения частиц.

При трехосном сжатии прочность грунта зависит от соотношения главных нормальных напряжений и . Испытания производят на приборе стабилометре (рис. 2.15). Образец грунта цилиндрической формы заключают в водонепроницаемую резиновую оболочку и вначале подвергают его всестороннему гидравлическому давлению, а затем к образцу ступенями прикладывают вертикальное давление, доводя образец до разрушения. Напряжения и получают из опыта.

Испытания на трехосное сжатие проводят по такой схеме соотношения главных напряжений, когда > . В этом случае зависимость строится с помощью кругов Мора, радиус которых (рис. 2.16). Проводя испытания на трехосное сжатие грунта не менее двух образцов и построив с помощью кругов Мора предельную огибающую к ним вида , согласно теории прочности Кулона-Мора определяют значения и с , которые в условиях трехосного сжатия являются параметрами прочности грунта.

Давление связности (суммарно заменяющее действие сил сцепления и трения) определяется по формуле

ctgj

Для главных напряжений условие Кулона-Мора имеет вид

. (2.24)

2.6.1. Факторы, влияющие на сопротивление грунтов сдвигу

Главной особенностью сопротивления сдвигу несвязных грунтов является отсутствие сцепления. Поэтому сопротивление сдвигу таких грунтов характеризуется углом внутреннего трения или углом естественного откоса , а основными факторами, определяющими прочность несвязных грунтов при сдвиге, будут те, которые влияют на трение между частицами грунта.

Величина сил трения между частицами несвязных грунтов прежде всего зависит от формы частиц и характера их поверхности. Окатанные частицы обусловливают снижение угла внутреннего трения грунтов за счет уменьшения сил трения и зацепления частиц. Угловатые частицы с неровной шероховатой поверхностью увеличивают угол внутреннего трения грунта как за счет зацепления, так и за счет повышения сил трения частиц.

На величину угла внутреннего трения в несвязных грунтах влияет и дисперсность. С увеличением дисперсности таких грунтов снижается за счет уменьшения сил зацепления частиц.

Среди других факторов, влияющих на сопротивление сдвигу несвязных грунтов, отметим плотность их сложения (пористость). В рыхлом сложении пористость больше и угол внутреннего трения будет меньше, чем в том же грунте плотного сложения. Наличие воды в несвязном грунте снижает трение между частицами и угол внутреннего трения. Особенностью сопротивления сдвигу связных грунтов является присутствие у них сцепления, величина которого меняется в широких пределах.

На сопротивление сдвигу связных грунтов оказывают влияние структурно-текстурные особенности (тип структурных связей, дисперсность, пористость), влажность грунтов. Связные грунты с кристаллизационными структурными связями обладают более высокими значениями с и , чем грунты с коагуляционными связями. Влияние текстуры проявляется в анизотропии прочности по разным координатам (в грунтах с ориентированной текстурой сдвиг вдоль направления ориентации частиц происходит более легко, чем поперек их ориентации).

С ростом влажности связных грунтов сцепление с и угол внутреннего трения закономерно снижаются за счет ослабления структурных связей и смазывающего действия воды на контактах частиц.

2.6.2. Нормативные и расчетные деформационные и прочностные характеристики грунтов

Грунты в основании фундаментов неоднородны. Поэтому определение какой-либо его характеристики по исследованию одного образца дает только частное значение. Для определения нормативных характеристик грунта проводят серию определения каждого показателя. Нормативные значения модуля деформации грунтов определяются как среднеарифметические величины от общего числа определений:

где n – число определений; – частное значение характеристики.

Нормативные значения прочностных характеристик – угла внутреннего трения и сцепления – определяются после построения графиков сопротивления грунта сдвигу. Результаты серии опытов на сдвиг аппроксимируют прямой с использованием для обработки экспериментальных данных метода наименьших квадратов. При этом число определений сопртивлений сдвигу при одном уровне нормальных напряжений должно быть не менее шести.

Нормативные значения прямой и находим по формулам

; (2.26)

tg , (2.27)

Выше была рассмотрена деформация грунта, не обладающего структурной прочностью, т. е. уплотняющегося под действием даже небольшого давления. Такое явление обычно свойственно очень слабым грунтам.

В большинстве случаев грунты природного сложения уплотнены давлением вышележащих слоёв. В результате уплотнения частицы грунта сблизились и между ними образовались водно-коллоидные связи. В процессе длительного существования грунтов при определённых условиях в них дополнительно могли возникнуть хрупкие кристаллизационные связи. Суммарно эти связи придают грунту некоторую прочность, которую называют структурной прочностью грунта p str .

При давлении меньшем структурной прочности (p

), когда оно воспринимается водно-коллоидными и кристаллизационными связями, уплотнение практически не развивается. Лишь при p>p str происходит уплотнение грунта. Установить точно значение структурной прочности затруднительно, так как частичное нарушение структуры грунтов происходит уже при отборе образцов, кроме того, при сжатии образца разрушение структуры происходит вначале в отдельных наиболее напряжённых точках контактов частиц даже при незначительных давлениях. По мере увеличения давления разрушение в точках контактов быстро возрастает, и процесс переходит в стадию уплотнения грунта во всём объёме образца (рис. 3.4.а.).