Навігація
Головна
 
Головна arrow Географія arrow Грунтознавство
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

ДЕФОРМАЦІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ҐРУНТІВ І ВИЗНАЧЕННЯ ЇХ ПОКАЗНИКІВ

Деформаційні властивості ґрунтів

Деформацією грунтів називається їх здатність змінювати форму і об'єм під дією зовнішніх зусиль, які не призводять до критичних руйнувань зразків грунту. Деформації можуть змінюватися але абсолютної і відносної величини, характеру, т. Е. Бути оборотними і необоротними, розвиватися швидко або повільно в часі. У одних грунтів відзначається певна однозначна залежність деформації від навантаження, у інших - величина деформацій залежить і від напруги, і від швидкості їх застосування і тривалості дії.

Для скельних ґрунтів типові пружні властивості: область пружності v них зберігається до напруг, що становлять 70 ... 75 % від руйнівних, при цьому . Пружні властивості ізотропного середовища зазвичай визначаються однією з наступних пар констант [71]:

  • • модулем пружності £ і коефіцієнтом Пуассона м
  • • модулем зсуву G і константою Ляме
  • • швидкістю поширення поздовжніх v, і поперечних v p пружних хвиль (п. 8.9).

Напівскельні грунти є лише частково пружними, і для них, крім показників пружних властивостей, велике значення мають показники, що характеризують їх здатність чинити опір оборотним і необоротним деформаціям.

У пухких уламкових незв'язних грунтах і в глинистих м'яких зв'язкових грунтах чисто пружні властивості мають підлегле значення, а головне значення мають лише показники їх загальних деформацій: модуль загальної деформації £ <>, модуль об'ємної деформації К , модуль опади £ л , коефіцієнт поперечної деформації v, коефіцієнт стисливості т і коефіцієнт відносної стисливості, а також деякі показники властивостей специфічних грунтів: набухасмих, просадних, мерзлих і засолених.

Модулем загальної деформації £ Л МПа , називається коефіцієнт пропорційності лінійного зв'язку між приростами тиску на зразок і його відносної лінійної загальної деформацією. Розраховується за формулоюimage282тоді як модуль пружності

знаходиться зі співвідношення (рис. 8.3, б). Таким чином, завжди £ про <£, оскільки завжди

Визначення модулів деформації

Мал. 8.10. Визначення модулів деформації: а дотичний модуль, певний на рівні напруг у відсотках від граничної міцності: б - усереднений модуль на лінійній ділянці; в - січний модуль, певний на рівні напруг у відсотках від граничної міцності про і

Модуль загальної деформації може бути визначений трьома способами (рис. 8.10) за формулою

(8.4)

де Дσ і Ас - збільшення вертикального напруги і вертикальної повної деформації початкового ділянки діаграми деформування при наступному обраному способі:

  • дотичний модуль деформації визначається як тангенс кута нахилу прямої (рис. 8.10, а ), проведеної через вибране значення вертикального напруги, що становить 30 ... 50% граничної міцності;
  • • якщо крива має явно виражений лінійний ділянку (рис. 8.10, б), то модуль деформації визначається як тангенс кута нахилу прямої, що збігається з даною ділянкою;
  • січний модуль деформації (рис. 8.10, в) використовується в разі, якщо початкова ділянка кривої деформування має виражений нелінійний ділянку.

Аналогічно визначаються значення модулів по гілці розвантаження, вони характеризують пружну частина деформації грунту при його розвантаженні і називаються модулями пружності при вивченні впливу статичних навантажень. У цьому випадку поняття модуля пружності для м'яких дисперсних грунтів застосовується тільки при дуже малих напругах, що не перевищують модуля пружності середовища, коли деформації навантаження і розвантаження є повністю оборотними. При навантаженні грунтів їх ущільнення відбувається в основному за рахунок зміни обсягу пір між твердими частинками, в порівнянні з якими деформації мінеральних часток і парової води нехтує малі.

Модуль загальної деформації Ео не є константою для грунту, так як залежить від діапазону напруг, при яких він був визначений. Тому необхідно завжди вказувати навантаження, для яких він отриманий, і порівнювати величину модулів між собою має сенс лише в однакових діапазонах напруги.

Модулем опади Е х , мм / м, називається відносна деформація грунту, виражена в проміле, яка визначається за формулою

де Δh і еi - деформація зразка і коефіцієнт пористості при навантаженні про Л - початкова висота зразка; е- початковий коефіцієнт пористості.

Цей показник широко використовується при проектуванні насипних споруд на слабких підставах і характеризує зміну вихідного стану грунту під навантаженнями.

Модулем пружності Е, МПа, називається коефіцієнт пропорційності між напругою і відповідної йому відносної оборотного деформацією: про = Ес обр. Модуль пружності визначається при випробуваннях на одновісний з можливістю бічного розширення. У ГОСТ 12248 приведена методика компресійного і тривісного визначення модуля деформації, який враховує як пружну, гак і залишкову деформацію. Виділити з результатів цих випробувань пружний модуль можна, тільки використовуючи гілку розвантаження залежно р.-a, розрахувавши модуль за формулоюimage284(8.4).

Модуль пружності знаходиться через модуль зсуву G і об'ємний модуль К:

Чисельно модуль пружності дорівнює напрузі, яке зумовило відносну деформацію, рівну одиниці. Величина його характеризує жорсткість грунтів, т. Е. Їх здатність пружно чинити опір лінійним деформацій розтягування або стиснення. Величина модуля, виміряного на стиск (£ з ), більше величини модуля, виміряного на розтягнення (£ р ) [58]:

Модуль пружності, який визначається в статичних умовах (при одноразовому навантаженні), відрізняється від аналогічного модуля, що визначається в динамічних умовах (при багаторазовому навантаженні або за швидкістю проходження пружних хвиль).

Коефіцієнт поперечної деформації v і коефіцієнт Пуассона м (величина безрозмірна) - це відношення поперечної відносної деформаціїу ) до поздовжньої відносної деформації (є-), взяте з протилежним знаком (в разі якщо діють тільки вертикальні напруги, а напруги е х і відсутні ). Коефіцієнт поперечної деформації можна також визначити за формулою

(8.5)

Коефіцієнт Пуассона м скельних, напівскельних і щільних глинистих ґрунтів визначається по розвантажувальним гілкам залежностей е-σ за формулою (8.5) або через модуль пружності Е, модуль зсуву G, об'ємний модуль До , параметр Ляме л:

image287

Коефіцієнт поперечної деформації змінюється теоретично від 1 до +0,5, а практично від 0 до +0,5, і може знижуватися до 0 в лесовидних грунтах. Коефіцієнт не може бути більше 0,5, так як в цьому випадку при всебічному стиску х = е у = е 2 ) мав би збільшуватися обсяг грунту, що фізично неможливо. Однорідні по мінеральному складу грунти характеризую гея більш низькими значеннями коефіцієнта. Чим більше його значення, тим більше грунт може деформуватися.

Коефіцієнт бокового тиску грунту ζ в умовах його природного залягання дорівнює відношенню бічного стискає напруги а щ до напруги вертикальному Коефіцієнтом бічного тиску слід називати коефіцієнт бокового тиску грунту в стабілізованому стані при незмінному положенні вертикальних перетинів зразка і відсутності дотичних напружень по ним.

У разі тривісних випробувань коефіцієнт бокового тиску (<f) грунту визначається з відношення бічного тиску до нормального тиску Нормальний тиск слід задавати виходячи з умов роботи грунту основи в інтервалі тисків, еквівалентних природним <7 ^, або тисків, відповідних структурної міцності p str і заданому проектному тиску.

Для випадку осесиметричної деформації, коли [94]:

Коефіцієнти поперечного розширення v і бічного тиску з пов'язані між собою залежностями:

Слід мати на увазі, що ці залежності справедливі для випадку, коли головні деформації .

Модулем зсуву G, МПа, називається характеристика деформованості, що визначається відношенням прикладеного до грунту дотичного напруження г до кута зсуву у (рис. 8.2, б). Цей показник використовується при розрахунку стійкості споруд і масивів ґрунтів, тиску грунтів на огорожі і підземні споруди, при розрахунку осідання під пальовими фундаментами.

Модуль зсуву пов'язаний з коефіцієнтом Пуассона і модулем пружності залежністю [79]:

(8.6)

Величина модуля зсуву залежить від рівня деформації (або доданих дотичних напружень) і визначається трьома способами. На рис. 8.11, а наведена типова крива залежності дотичного напруження від зсувної деформації для дисперсних грунтів при недренованому навантаженні і при традиційно використовуваних варіанти визначення модуля зсуву. При дуже низькому рівні напруги (малих деформаціях) модуль зсуву буде максимальним G, mx , при збільшенні напруги модуль зсуву зменшується. При рівні напруги, що дорівнює 50% від руйнівного навантаження, для дотичного модуля часто використовують позначення G50, яке відповідає коефіцієнту надійності, характерному для звичайних робочих умов. При руйнуванні рівень зсуву характеризує січний модуль G /.

Визначення модулів зсуву [79]

Мал. 8.11. Визначення модулів зсуву [79]: а - залежність зсувної деформації від дотичних напружень для грунтів при недренованому навантаженні: б напружено-деформований стан ґрунту під час зсуву при повторній навантаженні

Зазвичай на практиці співвідношення між напруженнями і деформаціями грунту визначають за посічених модулю G max - помститися, що при разфузкс і повторному навантаженні даний модуль часто розглядають як відповідний модулю початкової навантаження G max . На рис. 8.11, б приведена залежність між напруженнями і деформаціями в разі повторного навантаження, а також криві початковій навантаження G ™ * і повторної розвантаження-навантаження [79].

Об'ємним модулем К називається коефіцієнт пропорційності між об'ємними напруженнями і відповідними їм відносними об'ємними деформаціями: σ v = Ke v . Об'ємний модуль можна також визначити з формул:

Для визначення стисливості грунту застосовуються чотири широко відомих методу [125]:

  • • зворотні обчислення з виміряних осад при еквівалентних напружених, які дозволяють оцінити характеристики стисливості, враховуючи слоистость підстав, перерозподіл навантаження і тимчасові ефекти, які складно включити в розрахунок;
  • • емпірична оцінка деформацій на основі непрямих польових випробувань, подібних статичному зондування;
  • • вимірювання деформацій польовими методами, такими як випробування плоским штампом і пресиометром;
  • • компресійні і тривісні випробування ґрунтів в лабораторних умовах.

Характеристики деформаційних властивостей ґрунтів природної будови, а також штучного походження повинні визначатися на основі їх безпосередніх випробувань в польових або лабораторних умовах (методи визначення наведені в табл. 8.1) з урахуванням можливої зміни вологості ґрунтів в процесі будівництва і експлуатації споруд [114]. При визначенні модуля деформації в польових умовах допускається проводити випробування грунту при природній вологості з подальшим коригуванням отриманого значення модуля деформації на основі компресійних випробувань. Для цього проводяться паралельні компресійні випробування грунту природної вологості і грунту, попередньо водонасиченого до необхідного значення вологості. Отриманий в дослідах коефіцієнт зниження модуля деформації грунту при його додатковому по-донасищсніі використовується для коригування польових даних.

Таблиця 8.1

Методи лабораторних випробувань деформованості грунтів

Закінчення табл. S. I

Скельні ґрунти з межею міцності при одноосьовому стисненні не менше 5 МПа (40), полускальіие і глинисті грунти з Н <0,25 117]

Найбільш достовірними методами визначення деформаційних характеристик грунтів є польові випробування статичними навантаженнями в шурфах або котлованах з допомогою плоских штампів площею 2500 ... 5000 см а також за допомогою гвинтової лопаті-штампа площею 600 см '[43].

Модулі деформації піщаних і пилувато-глинистих ґрунтів, що не володіють різко вираженою анізотропією властивостей, можуть бути визначені за допомогою пресиометрів в свердловинах і плоских вертикальних штампів (лопатевих пресиометрів) в свердловинах або масиві, з подальшим коректуванням одержуваних даних. Коригування повинна здійснюватися шляхом їх зіставлення з результатами паралельно проводяться еталонних випробувань того ж грунту за допомогою плоских горизонтальних штампів, а при затруднительности проведення останніх (великі глибини випробувань, водонасичені грунти) - з результатами випробувань гвинтовий лопаттю-штампом. Зазначені паралельні випробування обов'язкові при дослідженнях футів для будівництва будівель і споруд I класу. Для будівель і споруд II-III класів допускається коригувати результати випробувань пресиометрами за допомогою емпіричних коефіцієнтів.

Модулі деформації піщаних і пилувато-глинистих ґрунтів для будівель і споруд I і II класів можуть бути визначені методом статичного зондування, на основі зіставлення даних зондування з результатами випробувань тих же грунтів штампами. Для будівель і споруд III класу допускається визначати модуль деформації тільки за даними статичного зондування.

Модулі деформації піщаних грунтів (крім пилуватих водонасичених) можуть бути визначені методом динамічного зондування на основі зіставлення даних зондування з результатами випробувань тих же грунтів штампами. Проведення порівняльних випробувань обов'язково для будівель і споруд I і II класів. Для будівель і споруд III класу допускається визначати модуль деформації піщаних грунтів при глибині їх залягання до 6 м тільки за даними динамічного зондування [114].

У лабораторних умовах деформаційні характеристики можуть бути визначені в компресійних приладах і приладах тривісного і одноосного (для мерзлих грунтів) стиснення. Для споруд I і 11 рівнів відповідальності значення Е за лабораторними даними повинні уточнюватися на основі їх зіставлення з результатами паралельно проводяться випробувань тою ж грунту штампами. Для споруд III рівня відповідальності допускається визначати значення Ео тільки але результатами компресії, коригуючи їх за допомогою підвищувальних коефіцієнтів / і *, наведених в табл. 8.2, для проміжних значень е коефіцієнт / і * визначають інтерполяцією. Ці коефіцієнти поширюються на четвертинні глинисті грунти з показником текучості () <//. <1, при цьому значення модуля деформації по компресійним випробувань слід обчислювати в інтервалі тисків 0,1 ... 0,2 МПа.

Значення коефіцієнта m * [114]

Таблиця 8.2

вид грунту

Значення коефіцієнта ПЦ при коефіцієнті пористості е. Дорівнює

0,45-0,55

0,65

0.75

0,85

0,95

1,05

супіски

4

3,5

3

2

-

-

суглинки

5

4,5

4

3

2,5

2

глини

-

6

6

5,5

5

4,5

Визначення деформаційних характеристик грунтів в лабораторних умовах слід проводити, як правило, методом тривісного стиску (ГОСТ 12248), а результати використовувати для коригування даних випробувань методами компресійного стиску [109]. Проектування фундаментів з використанням результатів компресійних випробувань без коригуючих коефіцієнтів веде до завищення розрахункової опади і в підсумку до невиправданого завищення вартості фундаменту [5]. Дуже важко отримати надійні дані за результатами польових і лабораторних вимірювань модуля деформації грунту, особливо з-за порушень зразків і інших причин. Дані лабораторних випробувань зразків часто спотворюють стисливість ґрунту in situ, тому слід аналізувати дані про поведінку існуючих споруд при наявності таких.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук