Основные факторы, влияющие на механические свойства грунтов

Механические свойства грунтов.

Основными физическими свойствами грунтов в зависимотси от их состояния, является плотность, объемная масса, удельный вес, пористость, влажность, влагоемкость, нижний и верхний предел пластичности (у глинистых пород), сжимаемость, водонепроницаемость, сопротивляемость сдвигу, угол внутреннего трения, угол естественного откоса (у сыпучих грунтов).

Плотность грунтов , (6.1)

Объемная масса , (6.2)

Удельный вес грунтов , (6.3)

Объемный вес грунтов , (6.4)

Пористость грунта , (6.5)

Влажность грунта – отношение массы воды в массе высушенного грунта при температуре 105 °С, т.е. , (6.6)

Коэффициент водонасыщенности грунтов называют отношение природной (естественной) влажности и его полной влагоемкости , т.е.

, (6.7)

Несвязанные (сыпучие) грунты по классификации СНиП делят на три группы:

– маловлажные, с £ 0,5;

– влажные, с = 0,5-0,8;

– насыщенные, с > 0,8

В глинистых грунтах при изменении содержания воды они переходят из одного состояния в другое. Воздушно-сухие глинистые грунты при увлажнении в начале размягчаются, затем переходят в пластическое состояние, а по достижении некоторого состояния влажности грунты приобретают текучую консистенцию, значение, которой выражается в процентах.

Значения, при которых породы переходят из одного состояния консистенции в другое, называют пределами пластичности. В качестве показателей пластичности грунтов используют верхний и нижний пределы пластичности.

Верхний предел пластичности (граница текучести) соответствует такому содержанию воды в грунте, когда он переходит из пластического состояния в текучее.

Нижний предел пластичности (граница раскатывания) характеризует переход грунта из полутвердой (твердой) консистенции в пластическую.

Разность между верхним и нижним пределами пластичности называется числом пластичности и используется как классифицированный показатель пластичности грунтов.

По числу пластичности согласно ГОСТ 5180-94 группы делятся на:

Супеси 1 £ £ 7

Суглинки 7 £ £ 17

Глины > 17

Песок не пластичен

Сжимаемость грунтов заключается в способности грунтов изменять свое строение под влиянием внешних воздействий (сжимающей нагрузки, высыхания и т.д.) на более компактные, за счет уменьшения пористости грунта.

Различают уплотнение грунтов:

– при кратковременном действии динамических нагрузок (механическое);

– при длительном действии постоянной статической нагрузки (компрессия).

Степень сжатия глинистых грунтов зависит от их пористости. Пористость глин характеризуется коэффициентом пористости , т.е. отношением объема пор П грунта к объему его скелета (твердой фазы) , т.е.

, (6.8)

Кривая, выражающая зависимость между коэффициентом пористости и давлением на грунт , называется кривой сжимаемости или компрессионной кривой ().

Рис. 6.1. Компрессионная кривая

Кривая, показывающая уменьшение коэффициента пористости грунта во времени при постоянной нагрузке, называется кривой сжатия или кривой консолидации ().

Рис. 6.2.Кривая консолидации глинистых грунтов

Мерой величины сжимаемости глинистых грунтов является коэффициент уплотнения или коэффициент сжимаемости , характеризующий изменение коэффициента пористости под действием приложенной нагрузки.

, (6.9)

Грунты также характеризуются их сопротивлением сдвигу под действием внешних нагрузок в отдельных областях, где напряжения могут превзойти внутренние связи между частицами.

Сдвиг С несвязанных твердых минеральных частиц (песков) произойдет при условии:

, (6.10)

где – нормальное давление; – коэффициент трения.

Сдвиг агрегатов с ворно-коллоидными связями произойдет при условии:

, (6.11)

где – вязкое сопротивление скольжению; – силы сцепления частиц, которые зависят от уплотняющих давлений, возникающих в точках и на площадке контактов частиц.

Кулоном в 1773 г. установлено, что предельное сопротивление сыпучих грунтов (песков, галечников…) сдвигу есть сопротивление их трению, прямопропорциональное нормальному давлению , т.е.

, (6.12)

или

, (6.13)

где – угол внутреннего трения грунта; – коэффициент внутреннего трения грунта.

Соотношение является основой прочности грунтов и носит название Закона Кулона.

Рис. 6.3. Графическое выражение закона Кулона

Для связных грунтов Кулоном была получена зависимость между предельным сопротивлением сдвигу и нормальным давлением (напряжением сжатия).

, (6.14)

где – коэффициент сцепления грунта.

Рис. 6.4. для связных пород.

Сцепление и угол внутреннего трения пород в значительной мере зависят от их влажности и пористости.

Дата добавления: 2014-01-07