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

ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСОЛІДАЦІЇ ГРУНТІВ

Консолідацією називається процес розвитку в часі згасаючих деформацій ущільнення (е-) в умовах компресії, т. Е. При одновимірному ущільненні під одним постійною напругою п рр без можливості бокового розширення зразка, коли бічні деформації з х = Су = 0. Отримання консолідаційних параметрів необхідно для розрахунків опади у часі при зведенні споруд на глинистих і органічних водонасичених грунтах (при S r > 0,85).

Консолідація грунтів відноситься до властивостей реологическим, точніше до об'ємної повзучості. Об'ємної ползучестью називається розвиток в часі об'ємних деформацій (£ ,.) грунту, що виникають в загальному випадку під дією середніх ефективних напружень по головних осях. Деформації об'ємної повзучості є затухаючими і нелінійними, що розвиваються в скелеті грунту в часі внаслідок в'язкого опору міжчасткових зв'язків. В ході об'ємної повзучості за рахунок ущільнення зразка зменшується обсяг грунту за рахунок віджимання з його нор води і витіснення норовить повітря, при цьому об'ємна деформація збігається з осьової: в у = е : . Тому об'ємна повзучість може розвиватися як в сухих, так і у вологих ґрунтах, в талих і мерзлих, в скельних і дисперсних.

Консолідація є приватним видом об'ємної повзучості грунту і може бути природною , коли грунти ущільнюються під вагою вищерозміщених товщі в результаті природного накопичення протягом певного геологічного часу. Якщо накопичилися за цей період напруги перевищують побутові напруги в грунті, то такі грунти називаються переущільнення (п. 8.8); якщо напруги рівні, то грунт ущільнений нормально.

Консолідацію грунту характеризують такі показники:

  • ступінь консолідації ( в) грунту в даний момент часу (/), яка визначається відношенням величини деформації на даний момент (я,) до кінцевої деформації (е *), коли ущільнення завершилося;
  • період первинної консолідації ((ф) - час від початку ущільнення до завершення фільтраційного етапу консолідації;
  • коефіцієнт консолідації (рах), що характеризує швидкість процесу ущільнення.

При первинній фільтраційної консолідації ущільнення грунту відбувається за рахунок віджимання парової води при зменшенні обсягу пір, при консолідації вторинної - за рахунок повзучості твердих частинок. Відповідно, виділяють коефіцієнт фільтраційної су і вторинної з а консолідації показники, що характеризують швидкість деформації грунту при постійному тиску за рахунок фільтрації води (з у ) і повзучості грунту (з а ) [17].

Проведення консолідаційного випробування . При вивченні консолідації визначається залежність відносної осьової деформації (ej або відносного осідання (s) зразка від часу ущільнення ({) при даному навантаженні (о *). Випробування проводять при постійному тиску , рівному проектному тиску на грунт або іншому заданому тиску. Тиск на зразок грунту передають зразу після приведення разуплотнівшегося грунту до природного стану або після попереднього ущільнення грунту заданим навантаженням.

Для визначення коефіцієнта фільтраційної консолідації c v криву консолідації слід обробити методом квадратного кореня з часу, а при одночасному визначенні коефіцієнтів фільтраційної c v і вторинної з а (за рахунок повзучості грунту) консолідації - логарифмическим методом. На кривій консолідації виділяють ділянки фільтраційної та вторинної консолідації, а для насипних ґрунтів із заданими значеннями вологості і щільності - ще ділянку дофільтраціонной консолідації.

image338

Мал. 8.24. Графік обробки кривої консолідації методом "корінь квадратний з часу"

Для визначення коефіцієнта фільтраційної консолідації з методом "квадратного кореня з часу" за результатами випробувань грунту під постійним тиском будують криву консолідації в координатах: відносна деформація е (ордината) - корінь квадратний з часу у хвилинах (абсциса) (рис. 8.24). Потім проводять пряму найкращого наближення ab до початкової лінійної частини кривої (зазвичай в межах перших 50% стиснення) і з точки перетину ah з віссю ординат проводять другу пряму ас, значення абсциси якої дорівнюють 1,15 значень відповідних абсцис ппямой ab. Перетин прямої ас з експериментальної кривої визначає часвідповідне ступеня фільтраційної консолідації 0,90.

Коефіцієнт фільтраційної консолідації см 2 / хв (див 2 / рік), обчислюють за формулою

(8.8)

де Т90 - коефіцієнт (фактор часу), відповідний ступеня консолідації 0,90, що дорівнює 0,848; Л - висота зразка (середня між початковою висотою і висотою після завершення досвіду на консолідацію), см. При двосторонньої фільтрації приймається висота, рівна hi 2; / 90 - час, хв; / г - температурний поправочний коефіцієнт (табл. 8.29).

Значення температурної поправки / г

Таблиця 8.29

Температура, 0 С

10

15

20

25

30

гг

1,3

1.15

1.0

0.9

0.8

Для визначення часу 100% -й фільтраційної консолідації √t100 попередньо обчислюють деформацію стиску: Е100 = £ 90 / 0.9. З точки Е100 проводять горизонтальну пряму до перетину з кривою консолідації і знаходять відповідне значення √t100 •

Для визначення с, і з "логарифмическим методом будують криву консолідації в координатах: відносна деформація з (ордината) - час t в хвилинах, відкладається на логарифмічною шкалою (абсциса) (рис. 8.25). Строго розмежувати стадії чисто фільтраційного деформування і повзучості практично неможливо, гак як ці процеси часто здійснюються одночасно. Зазвичай це розмежування проводиться по перегину кривої, побудованої в напівлогарифмічному масштабі (на рис. 8.25), де ділянку 1-2 відповідає деформації за рахунок первинної консолідації, а ділянку 2-3 - за рахунок вторинної.

Крива консолідації виду з = f (lgt) [17]

Мал. 8.25. Крива консолідації виду з = f (lgt) [17]

За кривою слід знайти деформацію, відповідну 100% -му первинному стиску при заданому навантаженні. Для цього спочатку проводять дотичну до кінцевого ділянці кривої е = / (gt), потім дотичну до найкрутішою частині кривої. Точка перетину цих дотичних відповідає 100% -му первинному стиску грунту. Стиснення, наступне за 100% -м пер-

винним стисненням, визначається як вторинне стиснення за рахунок деформацій повзучості (рис. 8.25, ділянка 2-3).

На кривій є = J {gt) слід знайти значення відносної деформації, відповідне нульового первинного стиску. Для цього в початковій частині кривої вибирають точки з абсциссами 0,1 і 0,4. Різниця ординат даних точок, відкладена вище початкової точки графіка, визначить приведений нуль do.

Для визначення коефіцієнта фільтраційної консолідації логарифмічним методом для заданого тиску визначають час, необхідний для 50% -го первинного стиснення. Для цього обчислюють деформацію, відповідну 50% -му первинному стиску, рівну середньому арифметичному між деформаціями, відповідними нульовому do і 100% -му стиску £ юо- Час, потрібний для 50% -го первинного стиснення заданим тиском, знаходять графічно по прямій залежності є = Д1 g /).

Коефіцієнт фільтраційної консолідації c v , см "/ хв (див" / рік), обчислюють за формулою

(8.9)

де Т50 - коефіцієнт (фактор часу), відповідний ступеня консолідації 0,5. рівний 0,197; h - висота зразка до випробування, см; / 50 - час, відповідне 50% -му первинному стиску, хв.

Коефіцієнт вторинної консолідації (безрозмірна величина) з а визначають по тангенсу кута між прямою, паралельною осі абсцис, і прямолінійним відрізком кривої на ділянці вторинної консолідації (рис. 8.25):

(8.10)

де t (/ i) і c (t2) - значення деформації зразка на ділянці вторинної консолідації; t і h - час, відповідне деформацій c (fi) і хв [17].

Для насипних ґрунтів із заданими значеннями вологості і щільності крива консолідації в залежності від властивостей ґрунтів може мати три ділянки або два: дофільтраціонной консолідації, фільтраційної консолідації і вторинної консолідації. Коефіцієнт дофільтраціонной консолідації з ' а обчислюють також за формулою (8.10) по тангенсу кута нахилу дотичної до першої ділянки кривої є = Д /), закінчення якого визначається перетином дотичних до першого і другого ділянках кривої.

У загальному випадку консолідаційних крива може складатися з 4-х ділянок [93]: перша ділянка до точки А відображає дофільтраціонную консолідацію (для насипних ґрунтів із заданими значеннями вологості і щільності); друга ділянка A-Б відображає фільтраційну консолідацію за рахунок вичавлювання вільної води; третя ділянка Б-В відображає фільтраційну консолідацію за рахунок видавлювання зв'язаної води ; четвертий прямолінійний ділянку після точки В відображає вторинну консолідацію об'ємної повзучості .

Як приклад на рис. 8.26 показані точки, отримані на консолідаційної кривою, що відбиває чотири етапи консолідації. Необхідно побудувати бісектриси кутів, що утворюються при проведенні дотичних до прямолінійним і криволінійним ділянкам консолідаційної кривої X. = J {gt). Точки перетину биссектрис з кривою консолідації і будуть шуканими.

Крива консолідації виду є = f (lgt) [93]

Мал. 8.26. Крива консолідації виду є = f (lgt) [93]

На першій стадії швидкість осідання слабкого грунту не пов'язана з виникненням надлишкового тиску в поровой воді і тільки при певному співвідношенні властивостей грунту і величини ущільнюючої навантаження створюються умови дня механічного віджимання вільної парової води, в якій виникає поровое тиск.

На "торою стадії консолідації починають повільно розвиватися пластичні деформації за рахунок віджимання води з пор під дією зменшується в часі порового тиску і. На швидкість осідання грунту, головним чином, впливає швидкість фільтрації віджимають вільної води, рух якої підкоряється закону Дарсі. Це так званий етап первинної фільтраційної консолідації, що завершується в момент, коли поровое тиск і = 0.

На третій стадії починається етап вторинної фільтраційної консолідації, коли на швидкість осідання грунту істотно впливає в'язкопластичний вижимання зв'язаної води, рух якої до дренирующей поверхні не підкоряється закону Дарсі.

На четвертій стадії консолідації об'ємної повзучості швидкість осідання грунту зумовлюється в'язкопластичні зрушенням частинок (або агрегатів), т. Е. В'язкою об'ємної ползучестью, більш щільною упаковкою і переорієнтацією частинок грунту. При цьому може мати місце дуже незначне місцеве видавлювання рихлосвязанной води на поверхні грунту, що мало впливає на інтенсивність ущільнення і не враховується при прогнозі опади.

Залежно від структури грунту, його початкової вологості і щільності, фізико-механічних властивостей, величини і режиму програми навантаження, умов дренування і градієнта напору процес консолідації грунту може складатися з меншої кількості стадій і в різному їх поєднанні.

Для мінеральних грунтів текучої і текучепластічной консистенції характерна крива консолідації, що складається з трьох ділянок, що відбивають первинну і вторинну фільтраційну консолідацію і консолідацію об'ємної повзучості.

Для мінеральних грунтів м'якопластичного консистенції характерна крива консолідації, що складається з двох ділянок, що відбивають вторинну фільтраційну консолідацію і консолідацію об'ємної повзучості.

Для органічних і органо-мінеральних грунтів, неволокнистих і маловолокністих , вище середньої вологості характерна крива консолідації, що складається з двох ділянок. відображають первинну фільтраційну консолідацію і консолідацію об'ємної повзучості.

Для органічних і органо-мінеральних грунтів, неволокнистих і маловолокністих, сухих і маловлажних, повністю водонасичених характерна крива консолідації. що складається з трьох ділянок, що відбивають первинну і вторинну фільтраційну консолідацію і консолідацію повзучості. При неповному водонасиченні грунту - з чотирьох ділянок.

Для органічних і органо-мінеральних грунтів, волокнистих при будь-якого ступеня водонасичення, характерна крива консолідації, що складається з трьох ділянок, що відбивають дофільтраціонную консолідацію, фільтраційну консолідацію і консолідацію об'ємної повзучості [93].

Консолідація грунтів залежить від багатьох факторів, головними з яких є хіміко-мінеральний склад ґрунту, його структурно-текстурні особливості, щільність і вологість, вид обмінних катіонів, склад і концентрація порового розчину і ін. Вплив структурно-текстурних особливостей на консолідацію в першу чергу обумовлено залежністю фільтраційних характеристик грунту від його структурних особливостей (дисперсності, відкритої пористості, орієнтації частинок, характеру структурних зв'язків). Особливо складно відбувається консолідація водонасичених грунтів. У глинистих ґрунтах з дальнім типом коагуляційних контактів (Na-монтморилонітові і гідрослюдисті глини, мули та ін.) Швидкість консолідації дуже мала, такі грунти характеризуються найменшими значеннями коефіцієнта консолідації [50].

 
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