Компрессионные свойства грунтов (сжимаемость)

Для определения деформативных свойств грунтов (I группа характеристик) проводятся компрессионные испытания.

Механические свойства грунтов

Механическими называются те свойства грунтов, которые характеризуют их поведение под нагрузкой.

Все механические характеристики грунта делятся на 3 группы:

• I гр. – для оценки деформативных свойств грунта
• m_о – коэффициент сжимаемости основания см²/кг, МПа^-1;
• m_v– приведенный коэффициент сжимаемости основания;
• Е₀ – модуль общей деформации кг/см², МПа.
• II гр. – для оценки фильтрационных свойств грунта
• K_ф– коэффициент фильтрации см/с; м/сут;
• Ј – гидравлический градиент.
• III гр. – для оценки прочностных свойств грунтов
• φ – угол внутреннего трения (град.);
• С – коэффициент сцепления кг/см², МПа.

Все механические свойства грунтов определяются опытным путём (полевые и лабораторные исследования).

Рассмотрим, прежде всего, те приборы, с помощью которых определяются эти свойства.

Исследуем грунт ненарушенной структуры, помещая его в одометр, иначе называемый компрессионным прибором (см. рисунок).

Общий вид компрессионного прибора (автоматизированная система).

При испытании прикладываем на образец грунта нагрузку Р₁ – произойдет уплотнение грунта, и коэффициент пористости станет е₁.

Затем прикладываем нагрузку Р₂, получим е₂ и т.д. (4–5 ступеней).

После заданного нагружения будем снимать нагрузку и наблюдать за результатами. По результатам испытаний строим график компрессионной кривой (к.к).

Графическое представление компессионных испытаний в одометре с построением прямой и обратной ветвей компрессионных кривых (к.к.).

Компрессия – это сжатие грунта без возможного бокового расширения.

Схематично условие компрессии можно представить при рассмотрении следующих инженерных задач:

1. Уплотнения слоя грунта при сплошной равномерно распределенной нагрузке (плотина, насыпь и т.д.);
2. Уплотнение слоя грунта толщиной h≤0,5 b под центром под центром тяжести подошвы фундамента.

Эти условия можно представить ниже приведенными схемами.

Из графика компрессионной кривой видно, что происходит необратимое уплотнение грунта. Нас интересует в основном только прямая ветвь компрессионной кривой.

Обратная ветвь к.к. –возможность поднятия дна котлована, имеет значение при глубоких котлованах (гидротехническое строительство).

Изобразим снова компрессионную кривую.

На небольшом участке рассмотрим приращение нагрузки ∆ Р и получим соответственно ∆ е. Заменим дугу прямой и рассмотрим угол α.

∆ е = –tgα∆ Р

В этой формуле знак (–) означает, что с увеличением нагрузки α – уменьшается. В дифференциальной форме:

dе = –tgα dР

tgα = m_о и тогда de = – m _о dP – основная математическая форма закона компрессии.

Относительное изменение коэффициента пористости пропорционально изменению нагрузки (для малых интервалов нагрузок).

Компрессионная кривая позволяет судить о сжимаемости грунта.

α – может характеризовать сжимаемость.

Пример изменения угла наклона к.к. для мало и сильно сжимаемого грунтов.

Возьмем произвольную точку i на прямой, в пределах отрезка Р₁ – Р₂. Составим уравнение для этой точки, исходя из начального параметра е₀.

е_i = е₀ – р_i tgα – это основное уравнение, характеризующее компрессию в выбранном варианте.

Рассмотрим подробнее .

где m<_o – коэффициент сжимаемости грунта.

Для того чтобы получить m_o, необходимо выделить определенный интервал давлений.

• Р₁ – напряжение от собственного веса грунта
• Р – дополнительное давление от внешней нагрузки
• Р₂ – полное напряжение (Р₂ = Р₁ + Р)

Окончательно:

В соответствии с полученными значениями коэффициента относительной сжимаемости СП (СНиП) определяет 3 категории грунта:

• m_o < 0,005 – грунт мало сжимаемый.
• m_o = 0,005÷0,05 – грунт средне сжимаемый.
• m_o > 0,05 – грунт сильно сжимаемый.

Выводы по механическим и компрессионным свойствам грунтов

1. При изысканиях отбирают пробы грунта, строят график к.к. и определяют m_o – это делают обычно инженеры-геологи, а строители оценивают свойства грунта по показателям, полученным от геологов.
2. Основной расчет оснований по II предельному состоянию – по деформациям. В формулу расчета осадки S=hm_vP входит величина коэффициента относительного сжатия грунта .

Таким образом, m_о является той характеристикой, которая, как правило, решает выбор основания: можно строить или нельзя (тогда возникает необходимость перехода на искусственное основание).

В России существует еще одна характеристика сжатия грунта: Е₀ – модуль общей деформации грунта.

Е₀– характеризует упругие + остаточные деформации

(Эти деформации не разделяются, так как в большинстве случаев для здания это не имеет никакого значения.)

Модуль общей деформации может быть определен следующим выражением:

μ – коэффициент Пуассона (бокового расширения грунта).

Таким образом, сжимаемость грунта характеризуется	m0 (mv)
Е0

Дата добавления: 2014-11-29