Закон Кулона

Як показують результати досліджень для незв'язних (сипучих) ґрунтів у межах звичайних для основ фундаментів більшості споруд (σ < 0,3...0,5 МПа), залежність між опором зрушенню τ та вертикальним напруженням σ можна прийняти лінійною з початку координат (рис. 4.12, б). Тоді ця залежність може бути виражена рівнянням

τ = σ∙tgφ,

де tgφ - коефіцієнт внутрішнього тертя сипучого ґрунту; φ - кут внутрішнього тертя ґрунту.

Ця залежність встановлена в 1773 р. французьким ученим Ш. Кулоном, зумовлює закон опору незв'язних (сипучих) ґрунтів зрушенню, який формулюють так: граничний опір сипучих ґрунтів зрушенню прямо пропорційний зовнішньому нормальному тискові. Це твердження називають законом Кулона.

Аналогічні дослідження зв'язних (глинистих) ґрунтів дають дещо складнішу криволінійну, особливо на деякій початковій ділянці σ₀ залежність τ=f(σ), можливий графік якої наведено на рис. 4.13. Але при напруженнях σ = 0,05...0,5 МПа практично маємо пряму, котру описують рівнянням

τ = σ∙tgφ + с,

де с - питоме зчеплення ґрунту — відрізок, що відсікає на осі τ ця пряма.

Параметри φ та с є математичними параметрами експериментальної прямої для конкретного ґрунту й лише умовно названі кутом внутрішнього тертя і питомим зчепленням, бо фізика процесу руйнування ґрунту значно складніша. Рівняння є законом Кулона для зв'язних ґрунтів, який формулюють так: граничний опір зв'язних ґрунтів зрушенню при завершеній консолідації є функція першого ступеня нормального напруження.

4) Випробування грунтів пенетаційним способом та способом обертального зрізу.

Метод пенетрації оснований на повільному зануренні в ґрунт конічного наконечника на глибину h що не повинне перевищувати висоти конуса h_k як це показано на рис. 4.15. При проведенні пенетраційних досліджень у лабораторних умовах навантаження звичайно передають ступенями і вимірюють глибину занурення наконечника. Тривалість витримки кожної ступені приймають однаковою (як правило, 1-2 хвилини).

Узагальнені показники результатів пенетраційних досліджень одержані В. Ф. Разорьоновим на основі рішень вісесиметричної задачі теорії граничної рівноваги. Для зв'язних ґрунтів Цим показником є відношення зусилля пенетрації Р до квадрата глибини занурення конуса, що має назву питомого опору пенетрації R, МПа. Для незв'язних ґрунтів використовують показник пенетраціїї U, Н/см³, що дорівнює відношенню зусилля пенетрації до куба глибини занурення конуса. За результатами випробувань будують графіки пенетраційних випробувань ґрунтів.

Метод пенетраційних досліджень рекомендується використовувати для:

- кількісного оцінювання зміни стану та механічних властивостей різноманітних ґрунтів при будь-яких видах зовнішнього впливу на ґрунт (при зволоженні, висиханні, замерзанні, відтаванні, ущільненні тощо).

- контролю результатів механічних випробувань ґрунтів, виконаних традиційними методами;

- виявлення взаємозв'язку між показниками фізичного стану і характеристиками міцності.

Метод обертального зрізу включає повільне занурення наконечника з двома перпендикулярними відкрилками в ґрунт і вимірювання обертального моменту при повороті крильчатки. Схема досліджень показана на рис. 4.16. У лабораторії найчастіше використовують пенетрометр ЛП-1 із приставкою для обертального зрізу або прилад ЛПС-1 для сумісних випробувань конструкції В. Ф. Разорьонова та П. І. Ейзлера. Для досліджень звичайно використовують той же зразок ґрунту, що випробовувався пенетрацією (тільки з протилежного боку). Час витримки кожного ступеня обертального моменту теж 1-2 хвилини. За результатами обертальному зрізу будують графік залежності між величиною обертального моменту М і кутом повороту крильчатки β. Питомий опір обертальному зрізу τ визначають як відношення максимального моменту, що спричиняє зріз М_τ, до статичного моменту поверхні зрізу К_τ, м³ (см³) (або так звана стала крильчастого наконечника):

τ = М_τ/К_τ

Для водонасиченого глинистого ґрунту питомий опір обертальному зрізу τ можна ототожнити з величиною питомого зчеплення с". Для визначення кута внутрішнього тертя φ розраховують коефіцієнт пропорційності Kφ, який залежить від кута при вершині конічного наконечника (під час проведення пенетраційних досліджень) та кута внутрішнього тертя ґрунту:

Kφ = τ/R = c"/r.

За знайденим коефіцієнтом Kφ користуючись графіком φ=f(Kφ) визначають кут внутрішнього тертя φ ".

5) Експериментально-теоретичні передумови механіки ґрунтів.

Дата добавления: 2014-01-04