Сжатие при возможности бокового расширения грунта

В 1889 г. русский ученый В.И.Курдюмов исследовал распределение деформаций в грунте под местной нагрузкой. Суть опыта в следующем: ящик заполнили разноцветными зернами песка и через переднюю стеклянную стенку ящика наблюдали за смещением зерен песка под действием нагрузки, приложенной к поверхности через жесткий штамп. Увеличивая постепенно давление и фиксируя это на фотопленке, получили картину смещения песчинок в виде пунктирных штрихов, представляющих собой траектории движения (на рис.2.10 показаны стрелками).

Рис.2.10. Распределение деформаций в грунте под местной нагрузкой

Поскольку смещения частиц произошли вследствие действия возникших в грунте напряжений, то траектории смещений наглядно демонстрировали картину распределения этих напряжений. На основании опыта можно сделать следующие выводы: при передаче внешнего давления, напряжения передаются от частицы к частице, т.е. как бы рассеиваясь; по мере увеличения нагрузки напряженная зона грунта увеличивается; при первоначальной передаче малого по величине давления смещение частиц преимущественно вертикальное; с увеличением давления частицы смещаются не только вниз, но и в стороны, а зона деформации увеличивается; при дальнейшем увеличении давления частицы выпирают вверх, а деформации распространяются по всему объему грунта (см.рис.2.10). При некотором критическом давлении равновесие грунта нарушается, вокруг штампа появляются валики, на поверхности грунта возникают трещины, штамп дает резкую осадку, происходит выпирание грунта из под штампа.

Кроме того, опыт В.И.Курдюмова показал, что при передаче на грунт вертикального давления возникают не только вертикальные, но и горизонтальные напряжения, вызывающие боковое давление грунта. С инженерной точки зрения представляет большой интерес определение величины бокового давления грунта. В компрессионном приборе боковое давление воспринимается жесткими стенками кольца, и если в кольцо вмонтировать измерительный прибор типа манометра или датчик, то возможно определить величину бокового давления. Большой интерес представляет также изучение механизма уплотнения грунта при заданном постоянном по величине боковом давлении, как бы воспроизводящем действительное давление окружающего грунта в природных условиях. Для определения бокового давления служит прибор, называемый стабилометром, или прибором трехосного сжатия (рис.2.11).

Рис.2.11. Схема прибора трехосного сжатия: 1 – образец грунта; 2 – эластичная оболочка; 3 – пористые штампы; 4 – камера; 5 – поршень; 6 – манометры для измерения порового давления; 7 – манометр для измерения бокового давления s₂

Эластичная оболочка на цилиндрическом образце грунта передает боковое давление от внешней силы через образец на жидкость, заполняющую сосуд. Жидкость соединена с манометром, замеряющим давление, гидростатически в ней распространяющееся. Замеры показывают, что всякому приращению вертикального давления dP соответствует приращение горизонтального давления dq,

dq = x₀ dP, (2.19)

где x₀ – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом бокового давления.

После интегрирования выражения (2.19) получим

q = x P + c, (2.20)

где с – произвольная постоянная интегрирования, физический смысл которой ясен из графика рис.2.12. График выражает зависимость между вертикальным и горизонтальным давлением в грунте; коэффициент бокового давления x₀ – угловой коэффициент прямой, представляющей эту зависимость, а произвольная постоянная с – отрезок, отсеченный на оси ординат, который характеризует начальную уплотненность грунта. Так, для рыхлого песка начальное боковое давление равно 0, а для плотного песка, даже до передачи вертикального давления, боковое давление имеет положительное значение. В глинистом грунте, где действуют большие по величине силы связности, начальное горизонтальное давление имеет отрицательное значение, а боковое давление, возникающее от вертикальной нагрузки, вначале расходуется на погашение действующих в грунте сил связности. Для песков величина коэффициента бокового давления x₀=0,25…0,37, а для глинистых грунтов в зависимости от консистенции – 0,11…0,82.

Коэффициент бокового давления x₀ связан с коэффициентом бокового расширения n₀, аналогичным коэффициенту Пуассона:

или .

Значения n₀ составляют: для песков 0,30…0,35, для супесей 0,35…0,4, для суглинков 0,40…0,45, для глин 0,45…0,50.

Рис.2.12. Определение коэффициента бокового давления грунта по результатам опытов: 1 – для рыхлых песков; 2 – для уплотненного песка; 3 – для водонасыщенного глинистого грунта

Коэффициенты x₀ и n₀ позволяют определять давления грунтов на ограждения и деформации, вызываемые горизонтальным давлением при обжатии грунта давлением вертикальным.

Дата добавления: 2014-01-07