Чем характеризуется сцепление грунта - NEVINKA-INFO.RU

Чем характеризуется сцепление грунта

Сцепление в грунтах

Чем характеризуется сцепление грунта

Чем характеризуется сцепление грунта

  • Технология СП
    • Лекции ТСП
      • ТСП
      • Земляные роботы
      • Скреперы
      • Комплексно-механизированные работы
      • Организация строительных процессов поточным методом
      • Производство работ землеройными машинами
      • Транспортировка и уплотнение грунта
      • Бетонные работы в гидромелиоративном строительстве
      • Строительство оросительных каналов
      • Строительство земляных плотин
      • Строительство узлов ГТС
      • Строительство основных сооружений гидроузлов
      • Хворостяные и габионные работы
    • Методички
      • Технологія будівництва насосної станції зрошуваної ділянки
      • Організація і технологія будівельних робіт
      • Технология строительства насосной станции
      • Организация и технология строительных работ
  • Организация СП
    • Лекции ОСП
      • Система водохозяйственных организаций и их функции
      • Проектирование, состав, порядок разработки, согласования и утверждения проектной документации
      • Состав и содержание (ПОС) и (ППР)
      • Проектирование стройгенпланов
      • Планирование производства работ во времени. Календарные планы
      • Правила определения стоимости строительства
    • Методички
      • Проект організації будівництва зрошувальної системи
      • Проект организации строительства оросительной системы
  • Статьи
    • Пенобетон
    • Технология строительства закрытого дренажа
    • Организация и технология работ при строительстве горизонтального дренажа
    • Производство работ по строительству дренажа из витых ПВХ труб
    • Строительство закрытой оросительной сети
    • Техника безопасности в мелиоративном строительстве
    • Асбестоцементные трубопроводы
    • Технологические правила производства бетонных работ при возведении ГТС
    • Технология водопонижения и выбор эффективного оборудования
    • Механическое оборудование для забивки свай
    • Машины для уплотнения грунта
    • Устройство машин для уплотнения грунта
    • Студенческие статьи
    • Разное
    • Отделка балкона сайдингом
    • Предохранение древесины от гниения
    • Организация и технология осушительных работ
    • Инновации в строительстве
    • Ремонтные работы
    • Отделочные работы
    • Строительство домов и дач
  • Конференции
    • Перспектива-6
    • Перспектива-7
    • Перспектива-8
    • Перспектива-9
    • Перспектива-10
    • Перспектива-11
    • Перспектива-12
    • Интернет-конференции

Главное меню

  • Главная
  • Техника безопасности
  • Насосные установки
  • ГТС
    • Часть 1
    • Часть 2
  • Опускные колодцы
  • Карта сайта

Строительные работы

  • Ремонт автодорог
  • Земляные работы
  • Подводное бетонирование
  • Проектирование автомобильных дорог
  • Строительство автомобильных дорог
  • Устройство водоснабжения
  • Керамика в доме
  • Транспортные работы в строительстве
  • Бетонные работы
  • Электричество в доме
  • Устройство канализации
  • Теплые полы
  • Легкие металлоконструкции

Сцепление в грунтах

Связность грунта – это его способность сопротивляться внешнему усилию на разъединение его частиц.

Связность зависит от минералогического и гранулометрического состава грунта, химического состава грунтового раствора, влажности и оструктуренности грунта.

Единица измерения связности грунта — кг/см 2 . Наибольшей связностью обладают глинистые грунты.

Особое влияние на связность грунта оказывает натрий, если он присутствует в солевом растворе грунтов.

Наименьшей связностью обладают песчаные грунты.

Учет связности грунта необходим при разработке состава технологических операций по разработке, рыхлению и вспашке почвы. Наименьшую связность имеет почва при влажности завядания.

Состояние связности почвы взаимосвязано с таким агротехническим понятием как «физическая спелость почвы».

Сцепление в грунтах С — образуется силами структурной связности грунта и капиллярным натяжением, кг/см 2 . Небольшое в песчаных грунтах (0-0,08 кг/см 2 ) и значительное в глинистых грунтах (0,05-0,94 кг/см 2 ) сцепление существенно влияет на процесс разработки грунта.

Песчаный грунт обладающий минимальной связностью

Удельное сцепление грунта

Сцепление грунта (с) – это один из параметров, от которого зависит прочность грунта при сдвиге. Его вычисляют по формуле соотношением вертикального и касательного напряжений или определяют на графике. Измеряется сцепление в килопаскалях (кПа).

  • Удельное сцепление грунта
  • От чего зависит сцепление грунта и на что оно влияет
  • Методы определения удельного сцепления
  • Лабораторные методы испытания
  • Одноплоскостный срез
  • Трехосное сжатие
  • Полевые методики испытаний
  • Готовые показатели
  • Практическое значение показателя

На показатель влияет тип химических связей в породе. Свойство характерно для глинистых и скальных грунтов. Устойчивость к сдвигу несвязных дисперсных грунтов обеспечивает трение между отдельными зернами , поэтому сцепление в этом случае играет минимальную роль.

От чего зависит сцепление грунта и на что оно влияет

Сцепление обеспечивают химические связи между молекулами минеральных компонентов грунтов.

Основные разновидности связей:

  • Коллоидные – это электрохимические контакты между молекулами минералов и воды
  • Цементационные – связи между частицами и минералами, которые играют роль цемента
  • Кристаллизационные – связи между отдельными молекулами, образующими кристаллические решетки

Наименьшей силой обладают коллоидные или водно-коллоидные связи. Больше всего на них влияет влажность. Но это единственный тип структурных связей, способный восстанавливаться после разрушения. Встречаются они в глинистых грунтах.

Цементационные связи достаточно прочные. Они характерны для литифицированных (окаменевших) глин и некоторых скальных грунтов. После разрушения такие связи не восстанавливаются. Но они могут опять возникать в массивах через несколько десятилетий или столетий.

Кристаллизационные связи присутствуют в скальных грунтах и некоторых глинистых. Они прочные , но необратимо разрушаются при нагрузках. Кристаллические решетки в обычных условиях не восстанавливаются, так как для их образования нужны высокие температуры и давление.

Прочные контакты между элементами обеспечивают упругость грунта – способность после уменьшения нагрузки восстанавливать свой объем и форму. Коллоидные контакты даже после смещения частично возобновляются. Это увеличивает способность грунтов сопротивляться сдвигу.

На сцепление влияют и другие характеристики:

  • Пористость и плотность
    Сцепление рыхлого грунта с большим количеством пор всегда слабее.
  • Влажность
    При высокой влажности вокруг мелких глинистых частиц образуются пленки воды. Чем больше их толщина, тем слабее связи между зернами и агрегатами, а значит – и сцепление. Влажность влияет в основном на показатели глинистого грунта.
  • Минеральный состав
    Минералы грунта определяют тип связей между его химическими элементами. Самые прочные они у магматических и метаморфических пород , образованных в недрах земли при высоких температурах и давлении. Несколько ниже сцепление у осадочных скальных и глинистых связных грунтов.

Сцепление бывает:

  • Структурным – оно обеспечивается химическими контактами между отдельными элементами грунта; присутствует в нем изначально
  • Удельным – оно определяется во время испытаний на сдвиг и напрямую зависит от вертикальных нагрузок

Сцепление обеспечивает устойчивость грунта при воздействии касательных сдвигающих сил, влияет на прочность и несущую способность. При высоком показателе грунтовый массив становится надежным основанием под фундаментом или дорожным полотном.

Методы определения удельного сцепления

Показатель определяют в ходе испытаний грунтов на устойчивость к сдвигу, в лаборатории или полевых условиях.

Лабораторные методы испытания

В лаборатории пользуются несколькими методами:

  • Одноплоскостным срезом – быстрым неконсолидированным и медленным консолидировано-дренированным
  • Трехосным сжатием – неконсолидировано-недренированным, консолидировано-недренированным, консолидировано-дренированым

При использовании консолидированных методик грунт дополнительно уплотняют. При дренированном испытании влагу отводят через систему дренажей , при недренированном берут водонасыщенный материал или с естественной влажностью.

Подробнее о лабораторных методиках вы можете прочитать в статье Прочность грунта на сдвиг. Здесь же мы расскажем, как вычисляется удельное сцепление.

Одноплоскостный срез

Этим методом определяют два типа напряжения – нормальное, или вертикальное (σ) и горизонтальное, или касательное (τ). Их максимальные значения соответствуют силе давления, при которой происходит сдвиг или смещение частиц относительно друг друга. Для определения сцепления нужно провести несколько опытов. Полученные данные отмечают на графике. Участок, который находится между нулевой точкой (местом пересечения осей) и местом начала кривой на оси ординат, соответствует силе сцепления.

Показатель вычисляют и по формуле:

Когда обрабатывают экспериментальные точки графика, проводят более сложные вычисления:

Трехосное сжатие

По этой методике вычисляют эффективное значение удельного сцепления (с’).
Используется уравнение:

Полевые методики испытаний

Испытание грунтов в массиве дает более приближенные к естественным условиям результаты. Чаще всего это делают в карьерах, подземных выработках, строительных котлованах перед закладкой фундамента.

Читайте также  Шланг сцепления пассат б5 замена

Сцепление в полевых условиях определяют методом среза образцов. Прямо в выработке с помощью кольца от массива отделяют определенный объем грунта. Затем с помощью установки с анкерным устройством делают срез. Деформации фиксируют измерительными приборами. Детальнее о способе проведения опыта вы можете прочитать в статье Угол внутреннего трения грунта.

Удельное сцепление определяется после построения графика. На нем отмечают данные касательных и вертикальных напряжений , полученные на одном и том же массиве не менее, чем в трех опытах. Величиной сцепления будет отрезок на оси ординат от нулевой точки до начала линии графика.

Готовые показатели

На практике часто пользуются уже готовыми данными для разных типов грунтов. Они прописаны в СП 22.13330.2016. Показатели сцепления представлены в таблицах.

Таблица удельного сцепления песков разной крупности

Таблица удельного сцепления глинистых грунтов

Как мы видим из приведенных таблиц, у песков сцепление очень слабое. В глинистых грунтах показатель намного выше, но он уменьшается с увеличением пористости и текучести.

Практическое значение показателя

Удельное и структурное сцепление больше всего влияет на прочность скальных и глинистых грунтов при сдвиге. У песков этот параметр больше зависит от угла внутреннего трения. Сцепление лишь незначительно влияет на прочность пылеватых и мелких песков.

Сцепление можно определить в ходе опытов или взять готовую цифру из нормативных документов. Показатель используется для расчета напряжений при испытаниях на сдвиг.

Информация о сцеплении грунтов необходима при:

  • Закладке фундаментов и возведении домов любого типа
  • Строительстве промышленных объектов
  • Прокладке автомобильных трасс, железных дорог, взлетных полос аэродромов
  • Прокладке грунтовых дорог , обустройстве пешеходных зон
  • Строительстве дамб, плотин, трубопроводов, путепроводов
  • Разработке карьеров и подземных шахт
  • Укреплении речных берегов и горных склонов
  • Прогнозировании горных обвалов, размыва берегов во время наводнений

Подробно о всех перечисленных пунктах, а также о расчете напряжений при испытаниях на сдвиг вы можете прочитать в статье Прочность грунта на сдвиг.

Определение удельного сцепления и других прочностных характеристик грунта требует опыта и специального оборудования. Поэтому услугу по определению этого показателя нужно заказывать у специалистов.

Прочность грунтов

Закон Кулона для связных и несвязных грунтов

Грунты оснований зданий и сооружений испытывают воздействие не только нормальных, но и касательных напряжений. Когда касательные напряжения по какой-либо поверхности в грунте достигают его предельного сопротивления, то происходит сдвиг одной части массива грунта по другой.

Сопротивление грунта сдвигу характеризуется прочностными свойствами грунта и используется в расчетах оснований по первому предельному состоянию (по прочности).

Прочностью грунта называют способность его воспринимать силы внешнего воздействия не разрушаясь. Разрушение грунта, служащего основанием сооружения, слагающего берег (склон) водохранилища или же откос канала, происходит в виде перемещения-сдвига одной его части относительно другой тогда, когда силы внешнего воздействия превысят силы внутреннего сопротивления. Прочность грунта определяется его сопротивляемостью сдвигу и оценивается показателем, который называется предельным сопротивлением сдвигу τ .

В лабораторных условиях сопротивление грунта сдвигу устанавливается испытанием его образцов на прямой сдвиг (срез) в сдвиговых приборах и приборах трехосного сжатия, в полевых — путем испытания крыльчаткой, методами раздавливания призмы грунта, сдвигом целика грунта в заданной плоскости и другими способами. На рис. 5.11 показан общий вид установки для испытания грунтов на одноплоскостной сдвиг.

Рис. 5.11. Общий вид прибора для испытания грунта на сдвиг

Сопротивление сдвигу песчаных и крупнообломочных фунтов возникает в основном в результате трения между перемещающимися частицами и зацепления их друг за друга. В этих грунтах сопротивление растяжению практически отсутствует, поэтому их называют сыпучими, или несвязны ми. Тогда сопротивление сдвигу в несвязных (сыпучих) грунтах зависит от сил трения между частицами.

Процесс разрушения глинистых грунтов значительно сложнее, чем песчаных или крупнообломочных. Водно-коллоидные и цементационные связи, которые имеют место в глинистых грунтах, обеспечивают некоторое сопротивление их растяжению.

Поэтому эти фунты часто называют связными. Тогда сопротивление сдвигу в связных фунтах складывается из сил трения частиц и сил сцепления между ними.
Сцепление — это сопротивление структурных связей глинистых грунтов всякому перемещению частиц.

Испытание глинистых грунтов на сдвиг производится по двум схемам:

  • I схема — закрытая (неконсолидированно-недренированные испытания), т.е. когда фунт не консолидирован. Испытания производятся сразу после приложения вертикальной нагрузки, при этом плотность и влажность грунта в процессе опыта не меняются. Такие опыты носят название «быстрого сдвига».
  • II схема — открытая (консолидированно-дренированная), т.е. когда грунт консолидирован. В этом случае испытания на сдвиг производятся после полной консолидации. Консолидация — процесс уплотнения грунта, сопровождающийся отжатием воды из пор грунта, т.е. это явление свойственно водонасыщенным грунтам.
    Как было сказано выше, сопротивление грунтов сдвигу можно определить с помощью различных приборов. Наиболее простым из них является одноплоскостной сдвиговой ( рис. 5.12 ).

Рис. 5.12. Схема прибора для испытания фунта на сдвиг: 1 — неподвижная обойма; 2 — то же, подвижная; 3 — фильтрующая пластина с зубцами

Если образец грунта поместить в сдвиговой прибор (в виде двух компрессионных колец), то приложив вертикальную силу F и постепенно увеличивая горизонтальную силу Т, происходит срез (сдвиг) одной части образца относительно другой по линии, показанной пунктиром (см. рис. 5.12).

Опыты на сдвиг проводят при нескольких сжимающих напряжениях (о) для образцов грунта, находящихся в одинаковом состоянии и результаты оформляют в виде графиков ( рис. 5.13 ). При этом, чем больше а, тем больше предельное сопротивление сдвигу τ и .

Под действием возникающих в плоскости среза касательных напряжений τ=Т/А развиваются горизонтальные перемещения верхней части образца а ( см. рис. 5.13 ). По мере увеличения интенсивность горизонтальных перемещений а возрастает, и при некотором предельном значении τ = τ и дальнейшее перемещение части образца происходит без увеличения сдвигающего напряжения. Это свидетельствует о разрушении образца грунта.

Рис. 5.13. Кривые горизонтальных смещений части образца при различных значениях нормальных напряжений (а) и график сопротивления сдвигу образца песчаного грунта (б)

Многочисленными экспериментами различных авторов установлено, что график зависимости сопротивления сдвигу от нормального напряжения для песчаных и крупнообломочных грунтов с достаточной точностью может быть представлен отрезком прямой, выходящей из начала координат ( см. рис. 5.13, б ). Тогда эта зависимость может быть выражена уравнением

(5.27)

где tgφ — коэффициент внутреннего трения, характеризующий трение грунта о грунт, tgφ = ƒ; φ — угол внутреннего трения.

Зависимость (5.27) установлена французским ученым Ш. Кулоном еще в 1773 г. и формулируется следующим образом: предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу прямо пропорционально нормальному напряжению. Этот закон называется законом Кулона для несвязных фунтов.

Как известно, глинистые фунты (супесь, суглинок, глина) обладают связностью, интенсивность которой зависит от влажности и степени уплотненности грунта.
Испытание глинистых грунтов производится в таких же приборах, что и несвязных грунтов (см. рис. 5.12), только фильтрующая пластина — без зубцов.
Так же проводятся несколько испытаний и строится график (рис. 5.14). Тогда зависимость τ = ƒ (σ) для связных грунтов может быть представлена следующим образом:

(5.28)

где с — отрезок, отсекаемый от оси τ и прямой АВ ( рис. 5.14 ), называется удельным сцеплением и характеризует связность грунта.

Параметры φ и с лишь условно можно назвать углом внутреннего трения и удельным сцеплением, так как физика процесса разрушения грунта намного сложнее.

Рис. 5.14. График сопротивления сдвигу образцов глинистого грунта

На полученные величины параметров сопротивления грунта сдвигу (φ и с) оказывает влияние методика проведения опытов ( табл. 5.3 ).
Уравнение (5.28) называют законом Кулона для связных грунтов и формулируют следующим образом: предельное сопротивление связных грунтов сдвигу при завершении их консолидации есть функция первой степени нормального напряжения.

Таблица 5.3. Прочностные показатели глинистых грунтов, определяемые различными методиками

Схема испытания Значения параметров
φ, град с, МПа
Мгновенный сдвиг без предварительного уплотнения 6 0,02
Быстрый сдвиг без предварительного уплотнения 5 0,027
Медленный сдвиг с предварительным уплотнением под нагрузками среза 20 0,003

Исследования, проведенные во ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, показывают, что метод определения сопротивления сдвигу оказывает довольно существенное влияние на конечные результаты.

Так, φ и с определенные в полевых условиях по результатам сдвига жестких бетонных штампов, довольно существенно отличаются от результатов, полученных на приборе одноплоскостного среза для грунтов с ненарушенной структурой ( табл. 5.4 ).

Таблица 5.4. Характеристики грунтов, полученные различными испытаниями (по П.Д. Евдокимову, 1966)

Вид грунта Метод испытаний
Бетонный штамп Бетонный штамп Бетонный штамп Бетонный штамп Одометр Стабилометр
φ, град. с, Н/см2 φ, град. с, Н/см2 φ, град. с, Н/см2
Мелкий песок 25-30 0,6 34 0,6 42
Плотные суглинки, супеси 22-45 6,3 27-35 0,6 33 15
Глина 14-16 3,8-5,2 17 0,92
Плотная глина 28 1,6 34 20,7

Применявшиеся бетонные штампы размером от 1,5×1,0 до 2,5×2,5 м позволили интегрирование учесть свойства грунта большого объема, в то время как испытания в лабораторных условиях на образцах объемом в несколько кубических сантиметров дают возможность определить лишь свойства грунта в той точке, в которой взята проба.
Таким образом, для расчета оснований зданий и сооружений необходимо определить вышеуказанные прочностные характеристики грунта, а именно: угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта.

Для расчетов оснований зданий и сооружений II и III классов можно использовать нормативные значения прочностных и деформационных характеристик, приведенных в СНиП 2.02.01—83*.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ

Для расчетов деформаций, устойчивости грунта и оценки прочности оснований необходимо знать механические характеристики используемых грунтов.

Модуль деформацииЕ, МПа – коэффициент пропорциональности между давлением и относительной линейной деформацией грунта, возникающей под этим давлением.

Коэффициент сжимаемостиm, МПа -1 – величина, показывающая степень сжимаемости при невозможности бокового расширения грунта.

Сжимаемость грунтов (осадка или деформация) – способность грунта уменьшаться в объеме под воздействием уплотняющих нагрузок. По физическому строению грунт состоит из отдельных частиц различной крупности, минерального состава (скелет грунта) и пор, заполненных жидкостью (вода) и газом (воздух). Частицы в грунте бывают связанные и несвязанные между собой, но независимо от этого, прочность связей всегда ниже прочности частиц. При возникновении напряжений сжатия изменение объемов происходит за счет уменьшения объемов, располагающихся внутри грунта пор, заполненных водой или воздухом.

По характеру усадки разделяют упругие и пластические деформации. Упругие деформации возникают в результате нагрузок, не превышающих структурную прочность грунтов, т.е. не разрушающих структурные связи между частицами и характеризуются способностью грунта возвращаться в исходное состояние после снятия нагрузок. Пластические деформации разрушают скелет грунта, нарушая связи и перемещая частицы относительно друг друга. При этом объемные пластические деформации уплотняют грунт за счет изменения объема внутренних пор, а сдвиговые пластические деформации – за счет изменения его первоначальной формы и вплоть до разрушения.

Предельным сопротивлением сдвигу (растяжению) называется способность грунта противостоять перемещению частей грунта относительно друг друга под воздействием касательных и прямых напряжений. Этот показатель характеризуется прочностными свойствами грунтов и используется в расчетах оснований зданий и сооружений. Способность грунта воспринимать нагрузки не разрушаясь, называют прочностью. В песчаных и крупнообломочных несвязных грунтах сопротивление достигается в основном за счет силы трения отдельных частиц, такие грунты называют сыпучими. Глинистые грунты обладают более высоким сопротивлением к растяжению (сдвигу), т.к. наряду с силой трения сдвигу противостоят силы сцепления.

Водопроницаемость характеризуется способностью грунта пропускать через себя воду и обуславливается физическим строением и составом грунта. При физическом строении с меньшим содержанием пор, и при преобладании в составе частиц глины водопроницаемость будет меньшей, нежели у пористых и песчаных грунтов соответственно. В строительстве он влияет на устойчивость земляных сооружений и обуславливает скорость уплотнения грунтов оснований и оползневые явления (в т.ч. и на сопротивление растяжению).

Фильтрацией называется движение свободногравитационной воды в грунтах в различных направлениях (горизонтально, вертикально вниз и вверх) под воздействием гидравлического градиента (уклона, равного потере напора на пути движения) напора. Коэффициентом фильтрации (Kf) принято считать скорость фильтрации при гидравлическом градиенте равном единице.

Прочность грунтов характеризуется их способностью сопротивляться внешним силовым воздействиям.

Оценка прочности скальных грунтов производится по пределу прочности на одноосное сжатие Rc (МПа), а нескальных грунтов по их механическим прочностным характеристикам (удельное сцепление – с (кПа, МПа)).

Очень прочный Rc > 120

Прочный 120 ≥ Rc > 50

Средней прочности 50 ≥ Rc > 15

Малопрочный 15 ≥ Rc > 5

Пониженной прочности 5 ≥ Rc > 3

Низкой прочности 3 ≥ Rc ≥ 1

Весьма низкой прочности Rc

Почему у NC (нормально консолидированных) глин нет сцепления?

При работе в программах численного моделирования используется раздел Механики грунтов, называемый Геомеханика — знания, основанные на понятиях моделей грунта, т.е. более комплексного описания поведения грунтов с помощью нескольких характерных зависимостей (в зарубежной практике ее часто называют Механикой критических состояний CSSM, поскольку именно эти принципы положены в основу работы моделей грунта).

Одной из особенностей является тот факт, что для грунтов, отнесенных к нормально уплотняющимся (а это могут быть текучие и текучепластичные глины!), сцепления нет. График сопротивления сдвигу выглядит следующим образом (выдержка из книги Г.Г. Болдырева «Методы определения механических свойств грунтов. Состояние вопроса» [Текст]: монография / Г.Г. Болдырев. — Пенза: ПГУАС, 2008. — 696 с.):

Такое положение не увязывается с представлениями, принятыми в отечественной механике грунтов: глина всегда имеет сцепление!

Как же может получиться так, что текучая глина не имеет сцепления?! Ответ кроется в различиях интерпретации прочности грунтов. В данном случае речь идет об эффективной прочности (в отечественной литературе ее иногда называют кажущейся прочностью). Посмотрим внимательнее на запрашиваемые параметры в программе Plaxis:

Они имеют штрих, что очень важно, поскольку это означает эффективную прочность. А если посмотреть все примеры расчетов, то там, где используется тип поведения Unrdained A слабые глинистые грунты, илы, торфы описываются близким к нулю сцеплением и высоким эффективным углом трения.

Получить параметры эффективной прочности можно из консолидированно-дренированных (КД) или консолидированно-недренированных (КН) испытаний. Однако, нюансы будут в их интерпретации.

Прежде необходимо отметить, что грунты с показателем текучести IL>0,5 считаются нестабилизированными, а следовательно, при деформации образца в стабилометре, критерием разрушения будет достижение предельных (по ГОСТ) деформаций 15% от высоты образца. При таких больших деформациях, очевидно, что прочностные параметры необходимо определять по критической (остаточной) прочности.

Стандартная интерпретация результатов основана на использовании пиковой прочности (максимальной), а предельная прямая определяется известными параметрами прочности с’, φ ‘ (прямая 1 на рисунке справа). Пиковая прочность соответствует малым деформациям (менее 1-3 %) и не характерна для высокопластичных глин (с влажностью на границе текучести более 50%). Для таких грунтов используется критическая прочность и соответствующий угол трения φcr .

Пример1 . Супесь пластичная, КД испытания.

Как видно из рисунка, при больших давлениях появляется дилатансия и интерпретация может быть проведена по двум критериям: пиковой и остаточной прочности.

Пример 2 . Интерпретации трехосных КН испытаний текучепластичного суглинка.

По кривым испытаний видно, что дилатансия в явном виде отсутствует, однако интерпретация результатов получилась весьма показательная.

В данном примере сотрудниками лаборатории были получены следующие результаты:

— первый опыт c’=10 кПа; ф’=22,3 градуса;

— второй опыт c’=7 кПа; ф’=14,1 градуса.

Эти данные выглядят вполне правдоподобными, но только с позиции отечественного представления о прочности грунтов, т.е. при обязательном наличии сцепления. Однако, эти данные неприменимы для использования в тех моделях грунта, где, как показано ранее, используются эффективные параметры.

Анализ данных с учетом, что точка разрушения соответствует 15% деформации (т.е. берется последняя точка лабораторной кривой) показывает, что прочностные характеристики выглядят иначе: три опыта показали угол трения 20, 26, 18 градусов и сцепление, равное нулю.

Таким образом, в расчет можно принимать эффективную прочность текучепластичного суглинка, равную c’=0 кПа; ф’=20 градусов.

Лекция 2. ПРЕДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТА СДВИГУ. УСЛОВИЕ ПРОЧНОСТИ ГРУНТА (ЗАКОН КУЛОНА)

Скачать:

в рамках общей темы «Основные закономерности механики грунтов»

Основные показатели грунтов, используемые при расчётах предельной прочности и устойчивости грунтов, а также при расчете давления грунтов на ограждения могут быть получены в результате изучения сопротивляемости грунта сдвигу, обусловленной в сыпучих телах – внутренним трением, а в связных грунтах – трением и сцеплением.

НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГРУНТА

Если к поверхности грунта основания приложить нагрузку p, в нём возникнет напряженное состояние:

Полные напряжения по граням элемента σ’ и σ» можно разложить на нормальные составляющие σz и σx и касательные (сдвигающие) τ (рис. 2,а).;

Нормальные напряжения сжимают элемент, а касательные «перекашивают» (поворачивают) его. Если представить, что элемент состоит из шаровых зёрен грунта, связанных в точках контакта, то нормальные напряжения сжимают зёрна и усиливают связи между ними, а касательные стремятся вызвать относительный сдвиг зёрен, т.е. разрушить грунт (рис. 2,б).

В том случае, когда касательные усилия превзойдут сопротивление зёрен в точках контакта, произойдет относительный сдвиг частиц (Δx и Δz на рис 2,в). Эти деформации являются необратимыми и свидетельствуют о разрушении грунта в данной точке. Причиной разрушения являются касательные напряжения τ, которые превзошли величину внутреннего сопротивления грунта сдвигу.

ВНУТРЕННЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТА СДВИГУ

Внутреннее сопротивление грунта сдвигу происходит в результате действия сил трения между частицами и сцепления между ними:

1. Силы трения. Характеризуют внутреннее сопротивление в идеально сыпучих телах (чистые пески). Трение возникает в точках контакта частиц и зависит от многих факторов, среди которых основными являются:
— минеральный состав грунта;
— величина зёрен грунта;
— форма зёрен (окатанная, пластинчатая, игольчатая);
— состояние поверхности (округлая, угловатая);
— плотность грунта, степень водонасыщенности и др.
Показатель, характеризующий внутреннее трение в грунтах – это угол внутреннего трения (обозначается символом φ , измеряется в градусах).

2. Силы сцепления. Характеризуют сопротивление структурных связей всякому перемещению связываемых ими частиц, независимо от величины внешнего давления. Сцепление (связность) в грунте определяется:
— наличием капиллярного давления в грунте;
— силами молекулярного притяжения между частицами грунта;
— наличием в грунте вяжущих веществ (известь, минеральные смолы, соли).
Показатель, характеризующий сцепление в грунтах – удельное сцепление (обозначается символом c , измеряется в паскалях). Каким образом определить внутреннее сопротивление грунта сдвигу, характеризуемое показателями φ и c?

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТА

Сопротивление грунта сдвигу может быть установлено различными способами, среди которых наиболее простым и распространённым является способ испытания образца на прямой сдвиг (срез). Последовательность испытания:

1. Цилиндрический образец грунта помещается в «срезыватель» 1 так, чтобы одна его половина оставалась неподвижной, а другая могла перемещаться горизонтально под действием прикладываемой к ней горизонтальной сдвигающей нагрузки (рис. 3);

Рис. 3. N – сжимающая сила; T – сдвигающая сила; Площадь поперечного сечения образца — A

2. К образцу прикладывается нормальная к поверхности среза сжимающая нагрузка N;

3. Сдвигающую касательную к поверхности среза нагрузку T прикладывают к срезывателю ступенями до тех пор, пока не произойдёт срез и скольжение одной части грунта по другой;

4. одновременно с приложением нагрузки и во всё время испытания производятся замеры горизонтальных деформаций (смещений) грунта δ (рис. 4);

5. Проводят несколько испытаний на срез (i штук 2 ) при различных значениях вертикальной (сжимающей) нагрузки N. То есть каждой ступени нагрузки σi будет соответствовать своё сопротивление сдвигу τi.

6. Данные опытов наносят на график, выражающий зависимость между нормальным напряжением σ и касательным напряжением τ. Опыты показывают, что в общем случае зависимость оказывается линейной.

УСЛОВИЕ ПРОЧНОСТИ ДЛЯ СЫПУЧИХ И СВЯЗНЫХ ГРУНТОВ

1. Для сыпучих грунтов (различного рода пески, крупнообломочные грунты, галечники). Зависимость σ – τ принимается прямой, проходящей через начало координат и наклонной к оси нормальных напряжений σ под углом внутреннего трения φ (рис. 5).

Из графика можно записать следующую зависимость:

Указанная зависимость – условие прочности грунта (закон Кулона) для сыпучих тел: сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление трения, прямо пропорциональное нормальному давлению.

2. Для связных грунтов (пылевато-глинистые грунты) прямая σ – τ не проходит через начало координат, а отсекает отрезок c на оси τ, так как в связных грунтах, обладающих сцеплением между частицами, при отсутствии нормального давления (σ = 0) сопротивление грунта сдвигу больше нуля, что обусловливается силами сцепления (рис. 6).

Общее сопротивление сдвигу связного грунта можно выразить уравнением:

τ = σ · tgφ + c

Таким образом, сопротивление связного грунта сдвигу складывается из сопротивления трения, пропорционального нормальному давлению, плюс сцепление, не зависящее от давления.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: