Прочностью грунтов называется их способность сопротивляться разрушению. В общем случае разрушение грунта может быть вызвано силами разной природы (механическими, термическими, электрическими и др.), поэтому выделяют соответствующие типы прочности грунтов по природе разрушающих воздействий. В инженерно-геологических целях в первую очередь важно знать механическую прочность грунтов, т. е. их способность сопротивляться разрушению под влиянием механических напряжений. Если деформационные характеристики грунтов определяются при напряжениях, не приводящих к разрушению (т. е. докритических), то параметры прочности грунтов соответствуют критическим разрушающим напряжениям и определяются при предельных нагрузках, вызывающих либо разделение тела на части (для упругих грунтов), либо необратимое изменение формы тела в результате деформации пластического течения (для пластичных грунтов).

Физическая природа прочности грунтов определяется силами взаимодействия между их структурными элементами - кристаллами, зернами, обломками, агрегатами, частицами, т. е. зависит от типа и особенностей структурных связей. Чем больше силы взаимодействия между структурными элементами грунта, тем выше его прочность в целом. Поэтому скальные грунты, среди которых преобладают прочные химические (кристаллизационные и цементационные) структурные связи, имеют большую прочность, чем дисперсные грунты со слабыми физическими и физико-химическими структурными связями.

Поскольку на испытываемый образец грунта могут действовать разные напряжения (нормальные, касательные, объемные или их совокупности), то в качестве меры его прочности могут быть выбраны разные виды критических напряжений или их соотношения, именно такие меры являются параметрами прочности.

К настоящему времени известно более двух десятков условий прочности, разработанных для описания поведения глинистых и песчаных грунтов. Согласно классификации, предложенной W.-F. Chen, все напряженные состояния грунтов можно подразделить на одно- и двупараметрические модели. К однопараметрическим моделям относятся условия прочности Треска, Мизеса, Lade, Duncan. К двупараметрическим моделям относятся условия, предложенные Мором-Кулоном, Drucker-Prager, Р. Lade, М.В. Малышевым и др. После публикации W.-F. Chen прошло много лет (1984 г.), и за это время были предложены условия прочности или модели грунта, которые можно назвать многопараметрическими. В наиболее сложные из них входят до 6 независимых параметров, определяемых из очень сложных и дорогостоящих опытов. Несмотря на многообразие условий прочности, на практике применяются лишь несколько из них. Это в первую очередь условие прочности Мора-Кулона, Кэп-модели и многоповерхностные модели (Prevost, 1977, 1985; Dafalias, 1985). Последние две фуппы моделей грунта более сложные и не позволяют получать решения в аналитическом виде, поэтому они используются в нелинейной механике и численном решении задач .

При оценке прочности грунтов чаще всего используют теорию предельного состояния, согласно которой определяют те или иные параметры критических (предельных) значений напряжений, которые может выдержать образец грунта без разрушения. Пределами прочности называются такие пределы, при превышении которых происходит разрушение грунта и он не воспринимает прикладываемых к нему усилий. Критические значения па- раметров соответствуют разным типам напряженного состояния грунта, в которых он может находиться и которые могут харакгеризоваться величинами главных напряжений σ1, σ2 и σ3 , причем σ1, σ2 и σ3 в качестве таковых состояний чаще всего рассматриваются (рис. 8.27):

• плоскостной сдвиг (σ1 > 0, г > 0, рис. 8.27, а);
• одноосное растяжение σ1 0, σ2 = σ3 = 0, рис. 8.27, б);
• одноосное сжатие (когда σ1 > 0, σ2 = σ3 = 0, рис. 8.27, в)
• трехосное сжатие (σ2 = σ3 ≠ σ1> 0, рис. 8.27 (г, д , е).

Рис. 8.27. Схемы опытов: па сдвиг (а): на одноосное растяжение (б); на одноосное сжатие (в): на трехостное сжатие: на определение недренированной прочности грунтов (г): дренированной прочности песчаных (д) и глинистых (е) грунтов

Прочностные характеристики дисперсных грунтов (угол внутреннего трения <р и удельное сцепление с) могут быть получены путем испытания грунтов лабораторными методами: на срез или трехосное сжатие, растяжение, но углу естественного откоса, вдавливанием штампа с шаровой или конусообразной поверхностью, а в полевых условиях - испытаниями на срез целиков грунта в шурфах или котлованах. Параметры прочностных свойств и лабораторные методы их определения, регламентируемые действующими нормативными документами, приведены в табл. 8.30.

Для водонасыщенных глинистых грунтов с показателем текучести //,>0,5, органоминеральных и органических грунтов, для которых подготовка целиков для полевых испытаний или отбор образцов для лабораторных испытаний затруднительны, прочностные характеристики (с„) для расчета оснований из этих грунтов в нестабилизированном состоянии могут быть определены полевым методом вращательного среза в скважинах или массиве.

Значения (рис песков и глинистых грунтов для сооружений II и III уровней ответственности могут быть определены полевыми методами поступательного и кольцевого среза в скважинах. При этом для сооружений 11 уровня ответственности полученные значения <р и с должны уточняться на основе их сопоставления с результатами параллельно проводимых испытаний того же грунта лабораторными методами на срез или трехосное сжатие, а в полевых условиях - испытаниями на срез целиков грунта в шурфах или котлованах.

Значения (р и с песков и глинистых грунтов могут быть определены методом статического зондирования . а песков (кроме пылеватых водонасыщенных) - методом динамического зондирования. Для сооружений I и II уровней ответственности полученные зондированием значения (рис должны уточняться на основе их сопоставления с результатами параллельно проводимых испытаний того же грунта лабораторными методами на срез или трехосное сжатие, а в полевых условиях - испытаниями на срез целиков грунта в шурфах или котлованах. В остальных случаях допускается определять значения (рис только по данным зондирования [ 114).

Испытания вращательным срезом крыльчаткой следует проводить для оценки максимальных значений сопротивления сдвигу с и органо-минеральных и органических грунтов и глинистых грунтов мягкопластичной, текучей консистенции в недренированных условиях. Методику испытаний и интерпретацию полученных результатов следует выполнять в соответствии с ГОСТ 20276-99 (или ASTM D2573, NEN 5106 при выполнении изысканий совместно с иностранными инвесторами или по их техническому заданию).

Определение прочностных характеристик грунтов в лабораторных условиях следует производить методом трехосного сжатия (ГОСТ 12248), а их результаты использовать для корректировки данных испытаний одноплоскостного среза . Другие виды напряженных состояний могут быть реализованы в приборах прямого и кольцевого сдвига (рис. 8.28, я), в установках с перекашиванием образца (рис. 8.28, б), при помощи лабораторных сдвигомеров-крыльчаток (рис. 8.28, в) и при испытаниях сплошных и полых цилиндрических образцов на кручение (рис. 8.28, г, д). Образцы грунта могут иметь форму: куба, параллелепипеда, сплошного или полого цилиндра, сплошной или полой катушки.

Таблица 8.30

Методы определения прочностных характеристик немерзлых грунтов

Окончание табл. 8.30

Рис. 8.28. Схемы и фотографии приборов:

а - кольцевого сдвига: б - прямого сдвига с перекашиванием образца; в - лабораторный вариант крыльчатки и полевой тестер-крыльчатка; г, д - схемы испытаний сплошных и полых цилиндрических образцов на кручение (81. 92]

Приборы кольцевого сдвига применяются для определения прочности грунтов как при малых, так и при больших сдвиговых деформациях (в сотни процентов). У большинства грунтов наблюдается уменьшение прочности с ростом деформации сдвига после достижения пикового состояния. Этот процесс можно зафиксировать в приборе кольцевого сдвига, а также с помощью прибора прямого среза при кинематическом нагружении образца. В приборе кольцевого сдвига (рис. 8.29), кроме значений максимального и предельного угла внутреннего трения, замеряется параметр остаточной прочности (р г, применяемый при расчетах устойчивости склонов, откосов котлованов, подпорных стен и при моделировании оползневых процессов или движения грунтов в зоне сброса по уже сформировавшейся плоскости скольжения. Главное преимущество испытаний на кольцевой сдвиг заключается в деформации сдвига с постоянной площадью образца в течение всего опыта, а также возможность выполнять испытания грунтов при деформации сдвига более 10...30 %, чего не позволяют приборы прямого среза или простого сдвига. Кроме того, в условиях кольцевого среза не меняется ориентация частиц в послепиковом состоянии, что характеризуется почти нулевым сцеплением и минимальным трением.

При испытаниях в приборе кольцевого сдвига грунт находится в двух кольцах (верхнее или нижнее), одно из которых вращается, а другое (верхнее или нижнее) лежит неподвижно. Опыт проводится при постоянном нормальном давлении, которое определяется по зависимости:

где Р - нагрузка от веса грузов, штампа и штанги; г 0 и г, - соответственно внутренний и наружный радиусы кольцевого штампа.

Касательное напряжение рассчитывается по величине крутящего момента М

Рис. 8.29. Срезные приборы, определяющие прямые и остаточные напряжения: а - схемы опыта с кольцевыми приборами; о - схема кольцевого прибора; в - фотография прибора кольцевого сдвига (производитель Wykeham Farrance)

Метод кольцевого сдвига дает возможность воссоздавать в лаборатории условия, аналогичные естественным, и получать очень точные значения остаточного сопротивления, которые зависят не только от величины нормального давления в плоскости сдвига, но и от скорости сдвига. Обычно при смещении склонов наблюдается скорость движения грунтовых масс от 5 см/год до 50 см/сут.

Устройства простого сдвига с перекашиванием образца (рис. 8.28, б) позволяют моделировать различные условия действия сдвигающих нагрузок. Результаты применяются при расчете устойчивости подводных склонов континентальных шельфов, характеризуемых слоистым залеганием глинистых грунтов; при прогнозе поведения грунтов под фундаментом морских платформ или рядом с боковой поверхностью свай. Установка предназначена для уплотнения образца дренирования и затем сдвига. Деформация сдвига вызывается горизонтальным смещением нижней части образца относительно верхней, кольца скользят друг по другу и при этом диаметр образца остается постоянным, поэтому любые изменения объема являются результатом вертикального движения верхнего прижимного устройства. На этапе сдвига во время испытания вертикальная высота образца поддерживается постоянной с помощью вертикального привода, соединенного обратной связью с датчиком смешения. Образцы грунта могут быть в форме цилиндра, прямоугольника или куба.

Преимущества данного прибора заключается в том, что если в условиях прямого среза разрушение образца грунта происходит вдоль заранее фиксированной горизонтальной плоскости, то в условиях простого сдвига разрушение будет проходить вдоль серии горизонтальных (или вертикальных) плоскостей сдвига по ослабленным участкам грунта с наименьшим сопротивлением. В отличие от испытаний на прямой срез (когда практически невозможно выдержать недренированные условия), при опытах в приборах прямого сдвига образец находится в резиновой оболочке, что позволяет проводить дренированные и недренированные испытания, сохраняя объем грунта, а также измерять поровое давление. Испытания в условиях простого сдвига позволяют определить не только параметры прочности, но и модуль сдвига G.

Испытания на прямой одноплоскостной или кольцевой сдвиг проводятся в основном для таких условий устойчивости грунтов, когда возникают явные плоскости разрыва или когда прочностные характеристики определяются на поверхности контакта іруит- фундамент. Результаты этих испытаний хорошо совпадают. Напряжения в условиях кольцевого сдвига более однородны, при этом испытании легче получить большие деформации сдвига и определить остаточную прочность грунта, чем в приборе прямого сдвига. Подготовка образца для испытаний в условиях прямого сдвига менее трудоемка по сравнению с кольцевым сдвигом.

Сравнение результатов испытаний в условиях простого сдвига с результатами испытаний в условиях трехосного сжатия или прямого среза свидетельствует о том, что в условиях простого сдвига максимальная прочность получается ниже, а разница в значениях остаточной прочности менее существенна. Учитывая эти различия, рекомендуется принимать значения пиковой прочности при срезе с понижающими коэффициентами 0,77-0,85 .

Для полевых исследований прочности слабых грунтов (торфов, илов, текучих и текучепластичных глинистых грунтов) применяется сдвигомер-крыльчатка. Аналогичный миниприбор используется и в лабораторных условиях. Крыльчатка представляет собой две одинаковые прямоугольные взаимно перпендикулярные пластинки, насаженные на вертикальную ось (рис. 8.28, в ), к которой прикладывается крутящий момент и измеряется его предельная величина, используемая для расчета сопротивления недренированному сдвигу с и.

В установках, действующих по схемам торсионного сдвига (рис. 8.28, г) и кручения пустотелого цилиндра (рис. 8.28, <)), образцы фиксируются в основании, и вращение производится вокруг вертикальной оси в верхней части образца. Изначально для этих схем испытаний применялись стабилометры кручения, в 1957 г. W. Kirpatric предложил использовать полые цилиндры грунта, что позволило приводить во вращение верхний нагрузочный штамп, а также создавать давление внутри и с внешней стороны образца. За рубежом приборы для испытаний получили название НСА (Hollow Cylinder Apparatys). При испытании полых цилиндрических образцов (рис. 8.30, в) моделируется истинное трехосное сжатие с вращением направлений осей главных напряжений (рис. 8.30, а). В результате создается широкий диапазон возможных вариантов сложного напряженного состояния в образце грунта, что особенно важно для грунтов анизотропных: можно изменять вертикальное (

Рис. 8.30. Испытания полых цилиндрических образцов: а - максимальные и минимальные напряжения в грунтах основания: б - прибор НСА (производитель Wykeham Farrance); в устройства для подготовки образцов; г - образец грунта перед установкой в камеру трехосного сжатия

Как уже отмечалось, при проведении испытаний грунтов необходимо выбрать условия, которые наиболее полно соответствуют реальным условиям работы грунта в основании будущего сооружения. К основным внешним факторам, влияющим на прочность грунтов, относятся: вид напряженного состояния, условия проведения испытаний (закрытая или открытая система, влияние порового давления и т. п.), скорость нагружения, характер нагружения образца (статическое или динамическое) и др.

Влияние вида напряженного состояния в условиях чистого сдвига, одноосного растяжения и сжатия, а также трехосного сжатия (схемы опытов приведены на рис. 8.27) на прочность грунтов можно проанализировать с помощью кругов Мора паспорта прочности грунта (рис. 8.31). Паспортом прочности грунта является кривая, огибающая предельные круги напряжений Мора в координатах нормальных и касательных напряжений. Предельный круг Мора соответствует предельному напряженному состоянию, достигаемому

при данном соотношении наибольшего и наименьшего главных нормальных напряжений, и имеет радиус R = /2с координатами центра ( / 2; 0). Для построения паспорта прочности по данным определения пределов прочности при объемном сжатии, одноосном сжатии и растяжении по совокупности парных значений o c v = ffmax и оъ = <7 П ип (полученных при объемном сжатии не менее чем при трех различных значениях бокового давления <7з) в координатах строят полуокружности радиусами /2 с координатами центров / 2; 0) К семейству полуокружностей добавляют полуокружности радиусами (т р /2и<т с /2с координатами центров (-я р / 2; 0) и (я с / 2; 0), где <т р - предел прочности при одноосном растяжении; я с - предел прочности при одноосном сжатии.

Рис. 8.31. Паспорт прочности по данным определения пределов прочности при объемном сжатии, одноосном сжатии и растяжении

Из диаграмм (рис. 8.31) следует, что один и гот же грунт, в зависимости от вида напряженного состояния, будет иметь различные величины предельных параметров прочности, наименьшее значение характерно для условий простого одноосного растяжения (разрыва), наибольшее - для условий объемного сжатия.

Характеристики прочности грунтов зависят от скорости нагружения образца , параметры сопротивления скальных и связных грунтов сдвигу (угол внутреннего трения (р и сцепление с) различны для одного и того же грунта, испытываемого в условиях быстрого или медленного сдвига. С уменьшением скорости нагружения (увеличением длительности испытания) величина удельного сцепления закономерно снижается, а угол внутреннего трения возрастает. С целью идентификации вида напряженного состояния, при котором касательные напряжения достигают предела прочности, применяют такие термины, как кратковременная и длительная устойчивость.

Кратковременная устойчивость предполагает возникновение ряда условий в массиве слабых водонасыщенных глинистых грунтов с низкой проницаемостью, как в ходе строительства, так и при эксплуатации сооружения. Эти условия включают быстрые темпы нагружения основания, отсутствие возможности дренирования, возникновение избыточного порового давления. В этом случае прочность глинистых грунтов оценивается в условиях недренироваиного нагружения.

Длительная устойчивость оценивается в условиях возможности дренирования и частичной (или полной) консолидации грунта с рассеиванием порового давления и стабилизацией деформаций. Эти условия возникают мгновенно при строительстве на крупно- обломочных и песчаных грунтах, в глинистых грунтах стабилизация деформаций продолжается более длительное время. При возникновении данных условий прочность грунта оценивается в условиях дренированного нагружения.

В некоторых случаях необходимо определять и кратковременную, и длительную устойчивость основания. Например, в течение строительства насыпи в водонасыщенных грунтах основания дренирование будет практически отсутствовать, а после ее возведения в процессе дренирования и консолидации прочность будет изменяться. В первом случае нужно проводить неконсолидированно-недренированные испытания, во втором - консолидированно-дренированные или консолидированно-недренированные.

К условиям испытаний, влияющим на прочность грунтов, прежде всего относятся закрытая или открытая (недренированная или дренированная) схемы испытании.

Параметры дренированной прочности определяют в установках прямого среза и трехосного сжатия (испытания консолидированно-дренированные). При определении прочности в условиях открытой системы из грунта при нагружении может отжиматься вода. За счет этого возникающее при передаче на грунт нагрузки (о) поровое давление (и) постепенно рассеивается и при медленном нагружении может упасть до нуля. В неполностью водонасыщенных грунтах поровое давление не учитывают. При дренированном нагружении прочность грунтов зависит в значительной степени от того, испытывает ли грунт сжатие или расширение от действия внешней нагрузки. Если грунт расширяется (например, зона перед подпорной стенкой) или сжимается (за подпорной стенкой), то прочность грунта будет различной. Прочность грунтов при расширении меньше прочности при сжатии.

Параметры недренированной прочности с и получают из результатов неконсолидированно-недренированных испытаний в установках прямого среза и трехосного сжатия, которые отражают поведение глинистого грунта с низкой проницаемостью при любой скорости нагружения, даже при очень медленной. Высокая скорость возведения сооружения и отсутствие возможности дренирования не дают грунту консолидироваться и влияют на его прочность. При определении прочности водонасыщенных грунтов в условиях закрытой системы грунт изолирован от внешней среды, он не может впитывать или отдавать воду при нагружении, его влажность остается постоянной. Возникающее при нагружении образца поровое (или нейтральное) давление (и) увеличивается пропорционально приложенной нагрузке (о) вплоть до момента разрушения образца или остается постоянным при данном постоянном напряжении о.

Сопротивление срезу с ы в водонасыщенных органо-минеральных и органических грунтах допускается отождествлять с величиной удельного сцепления с (по методике (р = 0), что позволяет вести расчеты несущей способности и устойчивости оснований и откосов по имеющимся расчетным схемам с использованием стандартных программ. Полевые исследования органо-минеральных и органических грунтов с помощью четырехлопастной крыльчатки в ряде случаев являются единственно возможным способом определения их механических свойств. Недренированная прочность используется как классификационный показатель, например, в стандарте Великобритании BS. В табл. 8.31 приведена классификация грунтов по недренированной прочности.

Наличие или отсутствие норового давления в грунтах имеет немалое значение при исследовании их прочности. В большинстве случаев результаты испытаний обрабатываются с использованием условия прочности Кулона или Мора-Кулона. Прочность грунта по Кулону зависит от нормального давления, которое можно выразить через полные и эффективные напряжения. При определении параметров прочности в полных напряжениях поровое давление не учитывают, полагая, что в условиях полного дренирования оно рассеивается, поэтому испытания на стадии сдвига проводят по открытой схеме, допуская дренирование и нагружение образца ступенями с выдержкой до полной стабилизации деформации сдвига. Если поровое давление измеряется, что возможно только при полном водонасыщении образцов и отсутствии дренирования, то при проведении опытов по схеме неконсолидированно-недренированного или консолидированно-недренированного сдвига можно определить параметры прочности в эффективных напряжениях. Чем больше поровое давление и, тем меньшая часть внешнего давления передается на скелет грунта. Для учета влияния порового давления, согласно К. Терцаги, вводят эффективное давление, тогда уравнение Кулона с учетом норового давления принимает вид:

где о" - эффективное давление; и - поровое давление; с" - удельное сцепление (в терминах эффективных напряжений).

Таблица 8.31

Сдвиговая прочность грунтов в недренированных испытаниях

Разновидность грунтов	Сопротивление недренированному сдвигу с„. кПа
Чрезвычайно низкой прочности
Очень низкой прочности	10 < с„ < 20
Низкой прочности	20 < с и < 40
Средней прочности	40 < с и < 75
Высокой прочности	75 < с и < 150
Очень высокой прочности	150 < с„ < 300
Чрезвычайно высокой прочности	с и > 300

Таким образом, если в расчетах устойчивости склонов или несущей способности оснований учитывается норовое давление, то параметры прочности принимают в эффективных напряжениях; если поровое давление не учитывается, то в полных.

Характер нагружения, также влияющий на параметры прочности грунтов, проявляется в разных способах передачи на грунт внешних напряжений. Они могут быть статическими (при действии постоянных или медленно меняющихся нагрузок) или динамическими (при действии переменных, циклических, периодических, импульсных нагрузок и др.). Особенности и закономерности разрушения одного и того же грунта в статических или динамических условиях различны, поэтому при динамических воздействиях прочность грунтов изучается специальными способами.

Механические свойства грунтов Прочностные и деформационные свойства ГОСТ 12248 -96 МЕТОДЫ ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЧНОСТИ И ДЕФОРМИРУЕМОСТИ

Определение Механические или деформационные и прочностные свойства грунта характеризуют его поведение под воздействием внешней нагрузки

Сжимаемость- способность грунтов уменьшать объем под действием давления. В дисперсных глинистых грунтах сжимаемость происходит в основном за счет отжима из пористого пространства воды и газов. Сжимаемость песков происходит в результате изменений структуры скелетаперекомпановки частиц. В скальных грунтах- за счет упругой деформации скелета

Характеристики сжимамости К числу характеристик сжимаемости или к деформационным свойствам относят: u Модуль деформации u Коэффициент Пуассона u Коэффициент сжимаемости u Коэффициенты консолидации u Коэффициент переуплотнения

Напряжения представляют собой внутренние силы (давление), возникающие в теле как реакция на воздействия внешней нагрузки.

Полные и эффективные напряжения Напряжения, возникающие в водонасыщенных грунтах, определяются двумя факторами- силами, возникающими на контактах между минеральными частицами (в скелете грунта), и давлением, создаваемым отжимаемой из пор водой. Эффективное напряжение (ГОСТ 12248 -96)напряжение, действующее в скелете грунта, определяемое как разность между полным напряжением в образце грунта и давлением в поровой жидкости. Кажущееся, мнимое, нейтральное и др. напряжение- напряжение, создаваемое давлением отжимаемой воды Полное напряжение- эффективное + кажущееся напряжения

Полные и эффективные напряжения Рассматривая грунт как двух фазную систему, состоящую из скелета - минеральных частиц и поровой воды, введем понятия: u Рz – эффективное давление, давление в скелете грунта (уплотняет и упрочняет грунт). u Рw – нейтральное давление, давление в поровой воде (создает напор в воде, вызывая ее фильтрацию). В любой момент времени в полностью водонасыщенной грунтовой массе имеет место соотношение: Р = Рz + Рw , где Р – полное давление. Эффективное напряжение определяется, при этом, как: Рz = Р - Рw (по Алексееву С. И. , 2007)

Рw- давление, создаваемое водой, отжимаемой из порового пространства грунта при деформации. Это давление вызывает напряжения, именуемые «минимыми» . u С течением времени мнимые напряжения постепенно релаксируются (расслабляются). В песчаных грунтах процесс релаксации протекает быстро (иногда мгновенно), в глинистых- значительно медленнее. u Причиной этой разницы является различие в скорости и характере фильтрации воды под действием нагрузки. u

Консолидация грунта при сжатии В общем случае приложении внешней нагрузки к водонасыщенному грунту первоначально возникает сжатие, обусловленное упругими деформациями поровой воды и скелета грунта. Затем начинается процесс фильтрационной консолидации, обусловленный выжиманием воды из пор грунта. u По завершении фильтрационной начинается процесс вторичной консолидации грунта, определяемый медленным смещением частиц относительно друга в условиях незначительного отжатия воды из пор грунта. Первичная консолидация- это фильтрационная консолидация, вторичная консолидацияобусловлена ползучестью. u

Теория фильтрационной конослидации Основное положение теории фильтрационной консолидацииуплотнение дисперсного водонасыщенного грунта происходит за счет отжатия из него воды при сжатии пористого пространства Какие напряжения вызывают консолидацию грунта? Только эффективные, то есть передающиеся на скелет грунта. Нейтральное давление на сжатие грунта не влияет.

Уравнение Павловского- основа теории фильтрационной консолидации u Это уравнение для одномерного случая имеет вид u где q - единичный расход фильтрующейся воды (скорость), м/с; n - пористость грунта; z координата (вдоль оси z происходит фильтрация), м; t - время, с.

Уравнение для одномерной задачи следующее: Для пространственной задачи оно имеет вид u где c. V - коэффициент консолидации; - Рпорпоровое давление

Коэффициент консолидации Сv имеет размерность м 2/с. Он указывает на скорость прохождения процесса консолидации - чем больше коэффициент консолидации, тем быстрее она проходит.

Фильтрация в песках и глинах Фильтрация происходит за счет разности напоров или благодаря наличию фильтрационного градиента.

Начальный градиент В глинистых грунтах свободная вода, течение которой подчиняется силе тяжести отсутствует. Вода в глинистых грунтах содержится в очень мелких, часто закнутых порах и не может фильтроваться сама по себе. Для того, чтобы в глинистом грунте началась фильтрация к нему необходимо приложить некоторое дополнительное давление, создающее определенный градиент, который называется начальным градиентом. Начальный градиент фильтрации (i 0) величина градиента фильтрации в глинистых грунтах, при котором начинается практически ощутимая фильтрация

Закон Дарси: Vпот= Кф * i, Vпот- скороcть потока i- градиент напоров Кф- к-т фильтрации Закон Дарси с учетом начального градиента фильтрации выражается следующим образом: Vпот= Кф * (i-i 0) при i>i 0, Vпот=0 при i

Ползучесть (по ГОСТУ) u Ползучесть - развитие деформаций грунта во времени при неизменном напряжении. u Стадия незатухающей (не установившейся) ползучести процесс деформирования грунта с постоянной или увеличивающейся скоростью при неизменном напряжении

Деформации основания Исакиевского собора (по Дашко и др.) – следствие ползучести http: //georec. narod. ru/mag/2002 n 5/7/7. htm Надежный слабосжимаемый грунт Слабый сильно сжимаемый грунт (ползучий грунт) Надежный слабосжимаемый грунт

Теория упругости. Закон Гука. Упругая деформация сжатия и/или растяжения прямопропорциональна напряжению: ε = Рх/Е, где ε – относительная деформация Рх – напряжение (давление), МПа Е- модуль Юнга, МПа

Физический смысл модуля Юнга Модуль Юнга (Е, Мпа)- отражает пропорцию между относительной линейной деформацией м напряжением. Он определяется составом и свойствами материала (в нашем случае грунтов) и изменяется в зависимости от состава и свойств последних. Не зависит от величины сжимающего напряжения.

Упругие деформации Упругая деформация- относительное изменение размера и формы тела под воздействием внешней нагрузки. После снятия нагрузки форма и размеры восстанавливаются.

Упругие деформации По направленности деформации подразделяются на продольные (относительно направления приложенной нагрузки) и поперечные. Относительная продольная деформация: x= (h 1 -h 2)/h 1 Относительная поперечная деформация: y= (S 2 -S 1)/S 1

Коэффициент Пуассона () Коэффициент Пуассона – отношение относительных линейных деформаций тела в направлении, поперечном действию нагрузки к относительной линейной деформации в продольном направлении: = ε y/ε x

Коэффициент сжимаемости () и модуль объемной деформации (К) упругих тел u Для случая всестороннего равномерного сжатия твердого тела закон Гука принимает вид: где p=(pх+py+pz)/3. Величину р называют средним нормальным напряжением.

Коэффициент сжимаемости (m 0) и модуль объемной деформации (К) упругих тел u Исходя из предыдущего можно найти выражение для коэффициента сжимаемости или обратной ему величины - модуля объемной деформации К упругой среды: Не зависит от величины сжимающего напряжения.

Компрессионные испытания u 5. 4. 1. 1 Испытание грунта методом компрессионного сжатия проводят для определения следующих характеристик деформируемости: коэффициента сжимаемости mo, модуля деформации E, к-та консолидации. . . u 5. 4. 1. 2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах)…, исключающих возможность бокового расширения образца грунта при его нагружении вертикальной нагрузкой.

Деформации При сжатии в компрессионном приборе происходит уменьшение объема и (в первую очередь) уменьшение объема пористого пространства (и, следовательно, кта пористости). Это позволяет выразить объемную деформацию через изменения значений к-та пористости е.

Деформация грунтов Грунт не является идеально-упругим телом. В глинистых грунтах, наряду с упругими, проявляются и пластичные деформации, что нарушает линейный характер зависимости между напряжением и деформацией.

Компрессионная кривая- гиперболический график зависимости нагрузок и коэффициента пористости е Коэффициент пористости (функция объема- деформации) е 0 i ступень нагрузки e 1 e 2 i+1 ступень нагрузки Прямолинейный отрезок Р, МПа Рs P 1 P 2 вертикальное давление е 0 - первоначальное природное значение к-та пористости, Рsминимальное давление, при котором начинается заметная деформация

Коэффициент поперечной деформации β-коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе β=1 - (2 2/(1 -)) Коэффициент (коэффициент Пуассона) определяется по данным трехосных испытаний. Если эти данные отсутствуют, его значения принимается равными: - Для песков и супесей: 0. 30 -0. 35 - Для твердых суглинков и глин: 0. 2 -0. 3 - Для полутвердых суглинков и глин: 0. 30 -0. 38 - Для туго-текучепластичных суглинков и глин: 0. 38 -0. 45

Модуль деформации (Е, МПа) - коэффициент пропорциональности линейной связи между приращениями давления на образец и его объемной деформацией. По своей природе он аналогичен модулю объемной деформации (К) в законе Гука, но зависит от величины сжимающего напряжения. При определении Е объемная деформация V приблизительно соответствует изменениям коэффициента пористости е на соответствующих ступенях деформации: V е

Относительная сжимаемость на i-той ступени Коэффициент относительной сжимаемости (относительной вертикальной деформации) на i-той ступени нагрузки определяется как отношение величины высоты, на которую изменился образец от данной нагрузки к изначальной высоте сжимаемого образца: εi = Δhi/h

Расчет коэффициента пористости на i-ой ступени нагрузки К-т пористости на i-ой ступени нагрузки вычисляется как: е 0 - начальный (исходный) к-т пористости еi- к-т пористости на i-той ступени нагрузки i- относительная сжимаемость при i-той ступени нагрузки

Расчет модуля деформации В соответствии с ГОСТ 12248 -96 модуль общей деформации Е вычисляется по формулам: Еi-(i+1)= ((Рi – Pi+1)/(еi – еi+1))*β Или Еi-(i+1)= ((1+ео)/mo)*β ео- коэффициент пористости природного грунта е- значения к-та пористости на I и i+1 ступенях нагрузки mo- к-т сжимаемости β - к-т бокового расширения

Нагрузки и сжимаемость Нагрузки или удельное давление от многих типов сооружений (блочные пятиэтажки, земляные насыпи высотой около 10 м и др.) находятся в диапазоне от 200 до 300 KПа. Исходя из этого грунты по показателю сжимаемости в диапазоне давлений 200300 KПа могут классифицироваться на: u mo mo >1/10 МПа- среднесжимаемые u mo >1/10 МПа- слабосжимаемые

Коэффициент консолидации u. Kоэффициент фильтрационной с. V и вторичной с консолидации - показатели, характеризующие скорость деформации грунта при постоянном давлении за счет фильтрации воды (с. V) и ползучести грунта с

Коэффициент консолидации Коэффициенты консолидации используются для оценки скорости развития осадки. Сv- см 2/мин, час, год С - см 2/мин, час, год Эти к-ты определяются графоаналитическим методом по компрессионной кривой (Приложение Н, ГОСТ 12248 -96) или по специальным испытаниям в комрпессионном приборе.

Бытовое давление Бытовое (литостатическое или природное или горное или пр.) давление (Рб) определяется как: Рб= *H H- глубина, м - удельный вес (МН/м 3)

Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды (для водонасыщенных грунтов) определяется по формуле u = (s - w)/ (1 + e), где: u s – удельный вес частиц грунта вычисляется: u s = s * g где: u s – плотность частиц грунта т/м 3 u g – ускорение свободного падения = 9, 81 м/с2 u w – удельный вес воды = 0, 01 МН/м 3 u e – коэффициент пористости (безразмерная) u

Эпюра вертикальных напряжений Массивы грунтов в условиях естественного залегания находятся в напряженном состоянии, обусловленном давлением от слоев грунта. В условиях, когда отсутствует возможность бокового выпирания вертикальное напряжение возрастает с глубиной: бz= ∑ gi * i *hi, i- количество слоев, gускорение силы тяжести, i- удельный вес i-го слоя, hi- глубина кровли (подошвы) i-го слоя.

Определения ГОСТ 30416 -96 Стабилизированное состояние грунта, характеризуемое окончанием деформаций уплотнения под определенной нагрузкой и отсутствием избыточного давления в поровой жидкости. u Нестабилизированное состояние грунта, характеризуемое незавершенностью деформаций уплотнения под определенной нагрузкой и наличием избыточного давления в поровой жидкости. u

Переуплотненные и недоуплотненные грунты Грунты, сжимаемость которых ниже, чем ожидаемая при данном бытовом давлении, называются переуплотненными. Переуплотнение является следствием сжатия грунтов в глубине толщи и последующим их выходом к поверхности в результате размыва вышележащих отложений, результатом сжатия под давлением древних ледников и т. п. Характеризуются низкой сжимаемостью, иногда набухают. В целом являются надежными основаниями.

Грунты, сжимаемость которых выше, чем ожидаемая при данном бытовом давлении, называются недоуплотненными. Они образуются в результате весьма быстрого накопления (лавинная седиментация) и др. причин. Типичные недоуплотненные грунты это лессы, а также морские и аллювиально-морские илы, сапропели, торф. Характеризуются наличием избыточного порового давления, превышающего гидростатическое; высокой сжимаемостью; неустойчивостью при динамической нагрузке, в целом являются весьма ненадежными основаниями.

Переуплотнение и недоуплотнение I- интервал нагрузок, не превышающих бытового давления II- интервал нагрузок, превышающих бытовое давление е Рs- максимальное бытовое давление, имевшее место за геологическую историю (давление предуплотнения) Для переуплотненных грунтов: Рs>Pб Для недоуплотненных: Рs

К-т переуплотнения Для оценки уплотненности грунта используется к-т переуплотнения КПУ. По значениям КПУ грунты можно классифицировать: u недоуплотненные КПУ 4.

К-т переуплотнения КПУ вычисляется как: КПУ= Ps/Pб, где: u Ps- давление предуплотнения, МПа u Pб- современное бытовое давление, МПа

К-т переуплотнения Недоуплотненные грунты склонны к просадке под действием собственного веса. При этом они отличаются низкой прочностью, высокой сжимаемостью и неустойчивостью при динамических нагрузках. В целом являются ненадежными основаниями. u Переуплотненные грунты имеют высокую прочность, низкую сжимаемость, могут набухать. При КПУ>6 к-т бокового давления грунта может превышать 2, что необходимо учитывать при проектировании подземных сооружений. В целом являются надежными основаниями. u

Прочностные свойства Прочность грунтов при сдвиге обусловлена сцеплением (наличием структурных связей) и трением между частицами. Структурные связи- связи между структурными элементами (частицами, агрегатами кристаллами и др.), из которых состоят грунты

Характеристики прочностных свойств С- сцепление (удельное сцепление), МПа φ -угол внутреннего трения, градусы τ - сопротивление грунта срезу, МПа R- сопротивление одноосному сжатию Su- сопротивление недренированному сдвигу, МПа

Структурные связи по степени прочности Механические- трение между частицами (в песках, крупнообломочных и глинистых грунтах) Водно-коллоидные или коагуляционные (по сути - слипание частиц)- обусловлены электромагнитными (вандервальсовскими- Ван дер Вальс) силами междумолекулярного притяжения (глинистые дисперсные грунты) Цементационные- возникают за счет заполнения пористого пространства минеральной массой, цементирующей частицы (полускальные породы) Кристаллизационные- внутри кристаллов и между кристаллами (скальные магматические и метаморфические породы)

Прочность и разрушение Прочность грунтов определяется в основном структурными связями между отдельными частицами (кристаллами или зернами) и/или агрегатами частиц и кристаллическими сростками. Прочность самих элементарных кристаллов, частиц или минеральных агрегатов имеет вторичное значение. Разрушение грунта наступает, когда, по достижении некоторых предельных напряжений, нарушаются структурные связи и происходит необратимое перемещение частиц относительно друга.

Давление Р от веса надземной части сооружения и собственного веса фундамента рассеивается в массиве грунта. Равнодействующую R раскладываем на две составляющие и, сжимают частицы грунта друг к другу и разрушить их практически не могут (частицы грунта – кварц, полевой шпат и т. д.) разруш 2000 кгc/см 2 200 Мпа – таких напряжений под фундаментом практически не возникает.

u Значит разрушение грунта происходит от действия касательных напряжений (). Под действиями этих напряженний частицы грунта смещаются относительно своих контактов, зерна попадают в поровое пространство, происходит процесс уплотнения грунта с возникновением в некоторых областях поверхностей скольжения

Теория Кулона-Мора Согласно этой теории прочность грунта определяется соотношением между нормальными и касательными напряжениями: = σ * tgφ+ С, где - -касательное напряжение - σ- Нормальное напряжение - С- сцепление - φ- угол внутреннего трения

Физический и геометрический смысл C и φ Геометрический смысл (по ГОСТ 30416 -96): u Угол внутреннего трения - параметр прямой зависимости сопротивления грунта срезу от вертикального давления, определяемый как угол наклона этой прямой к оси абсцисс. u Удельное сцепление грунта - параметр прямой зависимости сопротивления грунта срезу от вертикального давления, определяемый как отрезок, отсекаемый этой прямой на оси ординат. Физический смысл: u Удельное сцепление- сила или прочность структурных связей u Угол внутреннего трения- силы трения между частицами Можно выделить две составляющие сцепления: 1 - прочность структурных связей (Cc) 2 - прочность за счет трения (ΣW)- механические связи

Прочность глинистых грунтов τ В связанных глинистых грунтах, содержащих песчаные частицы, c цементационными или водно-коллоидными связями прочность определяется как сцеплением, так углом внутреннего трения φ τ = σ * tg φ + C С σ 0

Прочность глинистых грунтов τ В связанных глинистых грунтах, не содержащих песчаных частиц, c цементационными или водно-коллоидными связями прочность определяется как сцеплением τ= C С σ 0

Прочность песчаных грунтов τ В несвязанных песчаных грунтах прочность в основном определяется углом внутреннего трения, а значения С относи- тельно малы τ = σ * tg φ φ σ

Определение прочностных характеристик методом одноплоскостного среза u u 5. 1. 1. 1 Испытание грунта методом одноплоскостного среза проводят для определения следующих характеристик прочности: сопротивление грунта срезу τ, угла внутреннего трения φ, удельного сцепления С, для песков (кроме гравелистых и крупных), глинистых и органо-минеральных грунтов. 5. 1. 1. 2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в одноплоскостных срезных приборах с фиксированной плоскостью среза путем сдвига одной части образца относительно другой его части касательной нагрузкой при одновременном нагружении образца нагрузкой, нормальной к плоскости среза

Сдвиговой прибор u Прибор одноплоскостного сдвига состоит из двух колец (нижнего и верхнего). Нижнее кольцо закрепляется в сдвиговой коробке неподвижно. Верхнее может перемещаться относительно нижнего.

НН, КН и КД (по ГОСТ 30416 -96) Консолидированно-дренированное испытание грунта для определения характеристик прочности и деформируемости с предварительным уплотнением образца (в одометре) и отжатием из него воды в процессе всего испытания. Консолидированно-недренированное испытание грунта для определения характеристик прочности с предварительным уплотнением образца и отжатием из него воды только в процессе уплотнения. Неконсолидированно-недренированное испытание грунта для определения характеристик прочности без предварительного уплотнения образца при отсутствии отжатия из него воды в процессе всего испытания.

Сопротивление срезу Сопротивление грунта срезу характеристика прочности грунта, определяемая значением касательного напряжения, при котором происходит разрушение (срез). u Сопротивление грунта срезу (τ, МПа) определяется как величина касательной нагрузки Q, отнесенная к площади среза А образца при заданной величине нормальной нагрузки F. u τ = Q/A, МПа

Почему нужны минимум три точки? τ - сопротивление грунта срезу, МПа Третья точка играет корректирующую роль

Схемы сдвиговых испытаний неконсолидированно-недренированное испытание – для водонасыщенных глинистых и песчаных грунтов- испытание без предварительного уплотнения и без отжима воды; u консолидированно-недренированное испытание – для нестабилизированных глинистых грунтов- испытание с предварительным уплотнением (в одометре) под давлением, эквивалентном бытовому давлению + давлению от сооружения и без отжима воды; u консолидированно-дренированное испытание – для стабилизированных глинистых грунтов и песков- испытание с предварительным уплотнением и с отжимом воды u

Метод одноосного сжатия 5. 2. 1. 1 Испытание грунта методом одноосного сжатия проводят для определения следующих характеристик прочности: предела прочности на одноосное сжатие (R) для скальных полускальных грунтов; сопротивления недренированному сдвигу для водонасыщенных глинистых грунтов (Su). 5. 2. 1. 2 Предел прочности на одноосное сжатие определяют как отношение приложенной к образцу вертикальной нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади его первоначального поперечного сечения.

Трехосное сжатие (наиболее передовой метод) 5. 3. 1. 1 Испытание грунта методом трехосного сжатия проводят для определения следующих характеристик прочности и деформируемости: угла внутреннего трения φ, удельного сцепления С, сопротивления недренированному сдвигу Su, модуля деформации Е и коэффициента поперечной деформации v для песков, глинистых, органоминеральных и органических грунтов. 5. 3. 1. 2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в камерах трехосного сжатия, дающих возможность бокового расширения образца грунта в условиях трехосного осесимметричного статического нагружения…

Особенности метода При испытаниях цилиндрический образец грунта помещают в резиновую оболочку Давление на образец создается рабочим поршнем (вертикальная нагрузка F) и всесторонним давлением воды В отличии от компрессионного сжатия, сдвига и одноосного сжатия измеряется не только вертикальная и продольная (при сдвиге) деформации, но и объемная деформация (за счет измерения объема и давления воды в камере)

Трехосные испытания грунтов циклическими нагрузками Цель данного метода- оценка прочностных свойств при динамических нагрузках (землетрясения, волнение моря, вибрация сооружения и т. д.) При этом методе образец грунта подвергается воздействию чередующихся нагрузок сжатия и растяжения. Циклы сжатия и растяжения чередуются с периодом и частотой, соответствующими ожидаемому динамическому воздействию. Методики испытаний не гостированы.

6. Прочность и деформируемость мерзлых грунтов Определяются следующими методами: Испытания шариковым штампом u Одноплоскостным срезом по поверхности смерзания u Одноосным сжатием u Все испытания проводятся при отрицательной внешней температуре, которая, в идеале, должна соответствовать природной температуре мерзлого грунта

Что делать если деформационные и прочностные свойства грунтов не определены и имеются лишь значения физических свойств? 1. 2. Прочностные и деформационные свойства принимаются по материалам, полученным в сопредельных районах. Для предварительных расчетов оснований… допускается определять нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов по их физическим характеристикам из Приложения 1 СНи. П 2. 01 -83. Основания и фундаменты.

Нормативные значения удельного сцепления сn, к. Па (кгс/см 2), угла внутреннего трения n, град. , пылевато-глинистых нелессовых грунтов четвертичных отложений

Нормативные значения удельного сцепления сn, к. Па (кгс/см 2), угла внутреннего трения n, град. и модуля деформации Е, МПа (кгс/см 2), песчаных грунтов четвертичных отложений

Прочностные характеристики грунтов определяются по испытанию грунтов на срез. Испытание на срез связных грунтов (глины, суглинки и супеси) показывают, что грунты обладают связностью, интенсивность которой зависит от влажности грунта и степени его уплотненности. К образцу водонасыщенного пылевато-глинистого грунта приложена вертикальная нагрузка в первый момент времени передается на поровую воду. Лишь по мере выдавливания ее из пор это давление будет воздействовать на скелет грунта. В связи с этим образец испытывают на сдвиг после консолидации грунта, когда все возникающее нормальное напряжение уже передано на скелет грунта.

При напряжениях в диапазоне 0,05...0,5 мПа практически имеем прямую, описываемую уравнением Кулона

где – сопротивление грунта срезу – касательные напряжения при

которых грунт срезается по фиксированной плоскости при

нормальном давлении в МПа.

–угол внутреннего трения

–удельное сцепление в МПа, как параметр приведенной

прямолинейной зависимостью

–сила внутреннего трения.

Закон сопротивления пылевато-глинистых грунтов сдвигу формулируется так: предельное сопротивление связных грунтов сдвигу при завершенной их консолидации есть функция первой степени нормального напряжения .

Необходимо построить график
по данным испытаниям грунта на срез.Масштаб графика по осям Р и 0.1 мПа – 20мм. Удельное сцепление (с) находится по формуле

На графике необходимо отмерить удельное сцепление (с) и провести прямую.

Определить
по графику, вычисляемого по формуле

.

После необходимо определить угол внутреннего трения (φ)в градусах, который представляет собой угол между диаграммой сдвига и осью абсцисс.рис.3.2.3.

Рисунок 3.2.3. График зависимости сдвигающихся напряжений от нормальных

Оценка пригодности грунта для транспортных сооружений зависит от дорожно-климатических зон и классификации типов местности по характеру и степени увлажнения.

Состав грунта и его свойства в большей мере зависят от плотности и влажности, которая, в свою очередь, определяется погодно-климатическими условиями. Таким образом, один и тот же грунт может быть пригоден, ограниченно пригоден или даже не пригоден в различных климатических зонах.

В соответствии со СНиП 2.05.02-85 вся территория бывшего СССР разбивается на 5 ДКЗ.

Различают три типа местности по характеру и степени увлажнения:

1) поверхностный сток обеспечен, что соответствует сухим местам;

2) поверхностный сток не обеспечен, что соответствует сырым и мокрым местам;

3) грунтовые воды или длительно стоящие (более 30 суток) поверхностные воды, оказывающие влияние на увлажнение верхней толщи грунтов, что соответствует мокрым местам.

Решая эту задачу, будем исходить из того, что заданный грунт намечено применять в качестве:

1) основания насыпи земляного полотна;

2) материала для возведения рабочего слоя или нижней части насыпи;

3) оснований фундаментов мелкого заложения искусственных сооружений.

Требования к грунтам для использования их в вышеперечисленных целях изложены в соответствующих технических документах: СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» и СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений».

Элементы земляного полотна:

Основание насыпи

Тело насыпи

Рабочий слой (2/3 Н пр)

Дорожная одежда

Верхняя часть земляного полотна (рабочий слой) – часть полотна, расположенная в пределах земляного полотна от низа дорожной одежды на 2/3 глубины промерзания, но не менее 1,5 м от поверхности покрытия проезжей части.

Основание насыпи – массив грунта в условиях естественного залегания, расположенный ниже рабочего насыпного слоя, а при низких насыпях – и ниже границы рабочего слоя.

Основание выемки – массив грунта ниже границы рабочего слоя.

Производство оценки грунта.

Необходимо определить прочность основания земляного полотна по модулю деформации:

Е j = (1+ e i)/ а i * β

Если Е5МПА или J L = (W-W p) / J p = 0.5, то основание относится к слабым.

Определяем наименьшее возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод или поверхности земли по таблице 21.

Таблица 21

Примечание: над чертой – возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод, ворховодок, или длительно стоящих поверхностных вод; под чертой – то же, над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком или над уровнем кратковременно стоящих поверхностных вод (менее 30 суток).

К рабочему слою предъявляются особые требования: грунт в рабочем слое должен быть непучинистым, ненабухающим, непросадочным.

По типу и подтипу грунта по таблице 7 Приложения 2 определяем группу грунта по степени пучинистости.

По группе грунта из таблицы 6 определяем степень пучинистости.

Вывод: так как заданный грунт соответствует (не соответствует) требованиям, то возводить рабочий слой из данного грунта целесообразно (не целесообразно)

При невозможности и нецелесообразности выполнения требований, указанных выше, должны быть предусмотрены мероприятия по обеспечению прочности и устойчивости рабочего слоя или по усилению дорожной одежды:

Устройство морозозащитного слоя;

Регулирование водно-теплового режима земляного полотна с помощью гидроизоляционных, теплоизоляционных, дренирующих или капилляропрерывающих прослоек;

Укрепление и улучшение грунта рабочего слоя с использованием вяжущих, гранулометрических добавок и др.;

Применение армирующих прослоек;

Понижение уровня подземных вод с помощью дренажа;

Применение специальных поперечников земляного полотна с целью защиты его от поверхностной воды (уположенные откосы, бермы);

Сооружение дорожной одежды с технологическим перерывом или в две стадии.

Мероприятия назначаются в соответствии со СНиП и технико-экономических расчетов.

В соответствии со СНиП на сооружении при сопряжении с мостами насыпи по длине поверху не менее высоты насыпи плюс 2 метра (считая от устоя) и понизу не менее 2 метров необходимо проектировать из непучинистых дренирующих грунтов.

При проектировании насыпей на слабых основаниях следует назначать обосновываемые расчетами специальные мероприятия, обеспечивающие возможность использования слабых грунтов в основании (уположение откосов, устройство боковых призм, временную перегруппировку, регламентацию режима отсыпки насыпи, устройство вертикального дренажа, групповых свай – дрен, свайного основания, устройство легких насыпей, армирование насыпей геотекстильными прослойками и др.)

Как известно, под действием давления грунт деформируется. Характер и величина деформации зависят от природы грунта, способа нагружения и граничных условий деформирования грунта. Деформационные свойства грунтов определяют следующие основные природные факторы: 1) структура и текстура; 2) состав и концентрация порового раствора; 3) химико-минералогический состав скелета грунта; 4) температура окружающей среды. Влияние тех или иных природных факторов на деформируемость грунтов зависит главным образом от структуры грунта, т.е. от дисперсности, плотности и расположения частиц в пространстве и связей между частицами. В зависимости от способа нагружения грунта различают деформации при статическом (ступенчатом), ударном и динамическом способах приложения давления. Наиболее часто деформационные свойства грунтов оснований сооружений определяют при статическом нагружении. В особых случаях деформационные свойства грунтов определяют при действии ударной нагрузки (трамбование, взрыв и т.п.), при вибрации, а также при воздействии гидростатического, главным образом отрицательного (капиллярного) давления, возникающего при водопонижении в дисперсных грунтах.

Деформационные свойства дисперсных грунтов определяются их сжимаемостью под нагрузкой, обусловленной смещением частиц относительно друг друга и соответственно уменьшением объема пор, вследствие деформации частиц породы, воды, газа. При определении сжимаемости грунтов различают показатели, характеризующие зависимость конечной деформации от нагрузки и изменение деформации грунта во времени при постоянной нагрузке. К первой характеристике показателей относятся коэффициент уплотнения, коэффициент компрессии, модуль осадки, ко второй – коэффициент консолидации.

Деформационные свойства грунтов определяют как в лабораторных условиях на образцах с нарушенными или ненарушенными структурными связями, так и в полевых условиях. Лабораторные испытания до настоящего времени являются основным методом изучения свойств грунтов, так как позволяют сравнительно просто передавать различные давления на грунт, исследовать поведение грунта в широких диапазонах изменения физического состояния и условий окружающей среды, моделировать сложные случаи работы грунта в основании или теле сооружений. Полевые методы испытания позволяют более правильно отразить влияние текстурных особенностей грунта на его деформируемость.

Для исследования сжимаемости грунтов в полевых условиях применяют прессиометр - прибор, основанный на обжатии и измерении деформации грунта, находящегося в стенках необсаженной скважины, и определении модуля сжимаемости.

20. К основным характеристикам прочностных свойств грунтов относятся: сопротивление сдвигу грунта по грунту и по поверхностям смерзания; сопротивление сжатию, растяжению; сцепление и угол внутреннего трения, эквивалентное сцепление.

Различают простое и сложное напряжённые состояния в грунте.

Простое напряжённое состояние соответствует проявлению одного из видов напряжений: сжатия, растяжения, сдвига. Напряжённое состояние в массиве грунта, соответствует сложному напряжённому состоянию, когда проявляются одновременно при различном сочетании все виды простых напряжённых состояний.

Они позволяют прогн-ть осадки сооружений, определять устойчивость пород в их основании, а при конструировании фундаментов предельно использовать несущие способность грунтов. Показателями, выраж-щие сопротивление пород сдвигу, дают возможность проектировать заложение откосов плотин, насыпей, дамб, бортов карьеров с минимальным объемом земляных работ, определять устойчивость склонов и оползней, определять рац-е сечение и устойчивость различных сооружений в т.ч. бетонных плотин. Сжимаемостью породы называют ее способность к уменьшению объема под воздействием нагрузки. При сжатии породы вертикальной нагрузкой в условиях свободного бокового расширения при одноосном сжатии относительной деформацией (е) называют отношение величины абсолютного уменьшения нагруженного образца (Δh) к его начальной высоте (h 0) е=Δh/h 0 Зависимость между напряжением (δ) и величиной относ-й деформации (е) при нагрузках меньше предела пропор-сти определяется выражением: δ=Ее (Е – модуль упругости)..

Сопротивление сдвигу . Прочностные свойства пород определяются рядом показателей, относящихся к категории прямых расчетных показателей. Прочность пород характеризуется способностью сопротивляться сдвигающим усилиям (сопротивление к сдвигу). Сдвигом называется процесс деформации и разрушения породы вследствие смещения одной ее части относительно другой. Сдвиг по данной площадке вызывается касательным напряжением к ней. Сопротивление сдвигу зависит от величины вертикальной нагрузки, приложенной к образцу. Прочность пород оценивается в основном по теории Мора, согласно которой разрушение тела происходит при определенном предельном соотношении нормальных и касательных напряжений.

Определение прочностных и деформационных характеристик выполняются как в лабораторных, так и в полевых условиях, при простом и сложном напряжённом состояниях. Основными видами испытаний являются: одноосное сжатие; разрыв; сдвиг; кручение; компрессия; осесимметричное трёхосное сжатие вертикальной и радиальной нагрузкой; осесимметричное трёхосное сжатие с кручением; осесимметричное сжатие полого цилиндра с кручением; трёхосное сжатие с независимым заданием всех трёх главных направлений; динамометрическое испытание в релаксационно-ползучем режиме.

21. Реол. св-ва грунтов. При инженерно-геологической оценке пород эти свойства имеют весьма важное значение. Однако роль каждого из них при этом неодинакова, что зависит от состава пород.1) Водоустойчивость . Определение водоустойчивости наиболее важно при оценке глинистых пород, которые под воздействием воды теряют связность и изменяют консистенцию или размокают и распадаются. Скорость и характер размокания характеризуют водоустойчивость.Некоторые разности глинистых пород при увлажнении сильно набухают, причем объем их увеличивается на 25-30%. Изменение свойств глинистых пород происходит не только при увлажнении. Высыхание влажных глинистых пород иногда сопровождается их растрескиванием, изменением монолитности, уменьшением объема (усадкой). Вода, воздействуя на породы, может также растворять, выщелачивать водорастворимые части и тем самым изменять их свойства. 2) Влагоемкость . Под влагоемкостью породы понимается ее способность в вмещать и удерживать определенное количество воды. В соответствии с этим различают породы: влагоемкие (глины, суглинки), среденевлагоемкие (скпеси, пески м/з,с/з, пылеватые) и невлагоемкие (пески с/з, к/з, гравий и т.д.). Применительно к породам невлагоемким следует говорить об их водоемкости. У влагоемких пород различают полную, капиллярную и молекулярную Влагоемкость. Полной влагоемкости полное насыщение породы водой, т.е. заполнение всех ее пор. Сравнивая естественную влажность породы с влажностью, соответствующей полной влагоемкости судят о степени ее водонасыщения. Капиллярной влагоемкости соответствует не полное насыщение породы водой, а такое, когда водой заполнены только капиллярные поры. Под молекулярной влагоемкостью понимается способность пород удерживать определенное количество физически связанной воды. Максимальное количество физически связанной воды, которое может удержать порода на поверхности своих частиц называется максимальной молекулярной влагоемкостью. Из песчаных пород насыщенных водой не вся вода может вытекать свободно, а только та часть, которая подчиняется силе тяжести. Способность песчаных и других обломочных пород, насыщенных водой, отдавать ее путем свободного стекания, характеризует их водоотдачу. Такой способностью обладают невлагоемкие породы. Водоотдача пород примерно равна разности между полной их влагоемкостью (W п) и максимальной молекулярной: W отд =W п -W м Характеристика водоотдачи пород имеет важное значение при решении многих практических вопросов, например при проектировании дренажей, притоков воды в котлован и т.д. 3) Капиллярность . При значительном повышении влажности песчаных и особенно глинистых пород понижаются их строительные качества. Увлажнение воды может быть обусловлено инфильтрацией воды с поверхности земли или поступлением ее снизу из какого-либо водоносного горизонта под влиянием напора капиллярных сил. Капиллярные силы образуют капиллярную зону над уровнем грунтовых вод, в пределах которой наблюдается повышенное увлажнение или насыщение пород. При интенсивном испарении капиллярных вод происходит засоление почв, образование солончаков. Известно, что максимальная высота капиллярного поднятия в т/з и м/з песках может достигать 1,5-2,0 м, в глинистых породах 3-4 м. В грубозернистых породах она мала и практического значения не имеет. 4) Водопроницаемость . К числу основных водных свойств пород относится водопроницаемость, т.е. способность пропускать через себя воду под действием напора. Данные, характеризующие водопроницаемость рыхлых обломочных и глинистых пород, имеет широкое применение в практике для определения притоков в строительные котлованы, подземные выработки, способов осушения и т.д. Водопроницаемость песков, галечников и др. рыхлых отложений зависит от их пористости и скважности. Глинистые породы при небольших напорах очень слабопроницаемы, т.к. размер пор в них мал. Движение воды и других жидкостей через пористые среды (породы) называется фильтрацией. Следовательно, водопроницаемость песчаных и глинистых пород – это их фильтрационная способность. Мерой водопроводимости горных пород служит коэффициент фильтрации. В инженерно-геологической практике пользуются главным образом скоростным выражением коэффициента фильтрации, исходя из уравнения v=K ф I (k) . Если I=1, то v=K ф м/сут, см/сут.

В глинистых породах эффективная пористость всегда значительно меньше общей пористости и часто равна нулю, т.к. поровое пространство в значительной мере занято физически связной водой.

22. Релаксация. При нагружении постоянной силой F возникают деформации,

развивающиеся во времени. Для прекращения развития этих деформаций необходимо уменьшать силу по некоторому закону F(t).Уменьшение во времени напряжения, необходимого для поддержания постоянной деформации называется релаксацией(расслаблением) напряжений. С позиции статистической физики релаксацию можно рассматривать как процесс установления статистического равновесия в физической системе, когда микроскопические величины, характеризующие состояние системы (напряжения), асимптотически приближаются к своим равновесным значениям. Характеристикой явления расслабления напряжений является время релаксации , равное времени за которое напряжение уменьшается в e раз, которое характеризует продолжительность «осёдлой жизни» молекул, т. е. определяет подвижность материала. Время релаксации различно у разных тел. Для скальных грунтов время релаксации изменяется сотнями и тысячами лет, ДЛЯ стекла - ОКОЛО ста лет, а для воды - 10-11 с. Например, горные породы, формирующие земную кору, обладают временем релаксации измерямым тысячелетиями, у воздуха 10-10, у воды 10-11, у льда сотни секунд. Если продолжительность действия сил на грунт меньше периода релаксации, то будут развиваться в основном упругие деформации.

Таким образом, в пределах 100-1000 секунд лёд ведёт себя как упругое тело (например, хрупко разрушается при ударе в условия большой нагрузки). При уменьшении нагрузки лёд течёт как вязкая жидкость. Аналогичное поведение - хрупкое разрушение при быстром приложении нагрузки и вязкое течение при длительном воздействии нагрузки–отчётливо проявляется у мёрзлых грунтов.

Если же время действия силы на грунт превышает время релаксации, то в грунте возникают необратимые деформации ползучести и течения. Иными словами, в зависимости от отношения времени действия силы ко времени релаксации тело будет вести себя как твердое или как жидкое. Период релаксации является" основной константой, объединяющей свойства твердых и жидких тел. Величина времени релаксации может быть определена из отношения вязкости г| к модулю упругости (сдвига): Для твердообразных тел, к которым относятся дисперсные и скальные грунты, характерно наличие предельного напряжения сдвига Хк, называемого пределом текучести и совпадающего с пределом упругости.

23-24. Основные физико-химические свойства грунтов . К этим свойствам относятся свойства, которые проявляются в результате физико – химического взаимодействия между компонентами грунтов. К ним относятся коррозионные свойства грунтов, диффузионные, осмотические, адсорбционные, а также липкость, пластичность, набухание, размокание, усадка и другие свойства пород. Коррозионные свойства: коррозией называется процесс разрушения материалов в следствие их химических, электро – химических или био – химических взаимодействий с окружающей средой. Подземная коррозия выражается в разрушении строительных металлических материалов, сооружений и трубопроводов при их взаимодействии с грунтами. Основными причинами подземной коррозии являются: 1) воздействие грунтовой влаги на металлическую конструкцию; 2) явление электролиза. Эти явления возникают вокруг трубопровода, а также на участках, где используют трамвайное и железно – дорожное движение. Подобное разрушение возникает в грунтах, в результате воздействия блуждающих электрических токов на воду – солевой раствор в порах грунта, который в следствии такого взаимодействия станет агрессивным электролитом CISO4; 3) действия находящихся в грунтах микроорганизмов, вызывающие биокоррозию. В целом коррозия грунтов зависит от многих факторов. К основным относятся химический состав грунтов и в первую очередь состав и количество растворенных солей, а также влажность грунтов, содержание в них газов, структуры грунтов, их электропроводность и наличие бактерий. Диффузия (от лат. Diffusion - распространение, растекание, рассеивание), движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или к установлению равновесного распределения концентраций частиц данного сорта в среде. Осмос (от греч. Osmos – толчок, давление), односторонний перенос растворителя через полупроницаемую перегородку (мембрану), отделяющую раствор от чистого растворителя или раствора меньшей концентрации. Диффузия и осмос ведет к перераспределению ионов вещества и молекул воды и наиболее вещественно проявляются в глинистых грунтах. Осмос в глинах может может вызвать деформации набухания или усадки. Например, если поместить засоленный глинистый грунт в пресную воду, то произойдет осмотическое всасывание воды и как результат набухание грунта. На практике такое набухание может происходить в различных каналах, проложенных в засоленных грунтах после их затопления пресной водой. Если будет иметь место обратное соотношение концентраций, то есть раствор в грунтах будет более пресный, чем в канале, то произойдет осмотический отсос воды из грунтов в результате их усадки. Адсорбция грунтов называется их способность поглощать из проходящих растворов определенные частицы или элементы вещества. Существуют несколько видов адсорбций: механическая (задерживание частицы за счет конфигурации пор); физическая (за счет молекул взаимодействующих между частицами из раствора и поверхностных пор); химическая (за счет химических взаимодействий); биологическая (за счет действия растений и различных микроорганизмов). Отдельные виды адсорбции могут проявляться совместно (физико – химическая адсорбция).

25. Усадка грунта . Усадкой грунта называется уменьшение его объема в результате удаления воды при высыхании или под влиянием физико-химических процессов (осмос и др.). В результате усадки грунт становится плотнее и после высыхания - даже твердым. Уплотнение глинистого грунта при усадке увеличивает его сопротивление деформациям, но наличие трещин, обычно сопровождающих усадку, повышает водопроницаемость и уменьшает устойчивость поверхностного слоя грунта в откосах. В условиях сухого и жаркого климата усадочные трещины разбивают массив глинистого грунта на глубину до 7-8 м и больше.В максимальной степени усадка проявляется в глинах; другим связным породам она свойственна меньше.

Липкость грунта проявляется при влажности, большей, чем Wm; наибольшего значения она достигает у глинистых грунтов. Липкость глин растет с увеличением внешнего давления и уменьшением влажности, ее максимальное значение в большинстве случаев достигается при максимальной молекулярной влагоемкости. Липкость грунта зависит от категорий воды, содержащейся в грунте, особенностей его химико-минеральной части, площади контакта грунта с предметом и др. Величина липкости глинистых грунтов при определенном соотношении их особенностей с внешними факторами может достигать 0,02-0,05 МПа. Поэтому липкость грунта является одним из факторов, определяющих условия работы ковшов, дорожных и почвообрабатывающих машин. Прилипание грунта к поверхности землеройных и транспортных машин и механизмов вызывает снижение их производительности при выполнении вскрышных работ на карьерах, при разработке котлованов и т.д.

Водопрочность - это способность грунтов сохранять механическую прочность и устойчивость при взаимодействии с водой. Взаимодействие пород с водой может быть статическим и динамическим: воздействие спокойной воды вызывает явления набухания и размокания, гидродинамическое воздействие - процесс размыва.

Размокаемость - это способность глинистых пород при впитывании воды терять связность и превращаться в рыхлую массу с частичной или полной потерей несущей способности. Интенсивность процесса размокания зависит от характера структурных связей, состава и состояния грунтов. Скорость и интенсивность размыва зависят как от характера водного воздействия, так и от реакции породы на данное воздействие - размываемости. Резкое изменение водопрочности (например, в результате выветривания) может привести к значительному снижению несущей способности грунтов оснований сооружений и к возникновению обвальных и оползневых явлений в бортах строительных котлованов и глубоких карьеров.

Размываемость чаще всего оценивается коэффициентом сопротивляемости горных пород размыву.

Пластичностью грунтов называется способность их изменять свою форму (деформироваться) без разрыва сплошности в результате внешнего воздействия и сохранять полученную при деформации новую форму после того, как внешнее воздействие прекращается. Пластичные свойства грунтов тесно связаны с влажностью и изменяются в зависимости от количества и качества находящейся в грунте воды. Переход глинистой породы из одной формы консистенции в другую совершается при определенных значениях влажности, которые получили название характерных влажностей или пределов. В инженерно-геологической практике наибольшее распространение получили верхний и нижний пределы пластичности. Пределы пластичности и число пластичности широко используются при классификации глинистых грунтов, определении расчетных сопротивлений грунтов и приблизительной оценке устойчивости грунтов в котлованах, выемках и т. д.

Набуханием грунта называется увеличение его объема при взаимодействии с водой. Набухание грунтов часто наблюдается при проходке котлованов и выемок и приводит к деформации крепи, полотна дорог, фундаментов и пр. Для определения набухания предложено несколько способов, которые могут быть объединены в пять групп, основанных на оценке набухания: 1) по теплоте набухания; 2) по давлению набухания; 3) по объему осадка, седиментированного в жид кости; 4) по количеству (объему или весу) воды, вызвавшей набухание; 5) по приросту объема грунта при набухании.

Наибольшее распространение в практике инженерно-геологических работ получил способ изучения набухания по приросту объема грунта в процессе насыщения его водой (в том виде, как он разработан А. М. Васильевым).

26. Движение воды и других жидкостей через пористые среды (породы) называется фильтрацией . Следовательно, водопроницаемость песчаных и глинистых пород – это их фильтрационная способность. Мерой водопроводимости горных пород служит коэффициент фильтрации. В инженерно-геологической практике пользуются главным образом скоростным выражением коэффициента фильтрации, исходя из уравнения v=K ф I (k) . Если I=1, то v=K ф м/сут, см/сут. Скорость движения воды через пористые среды (горные породы) прямо пропорциональна гидравлическому градиенту, т.е. отношению действующего напора к длине пути фильтрации. Это важнейший закон водопроницаемости песчаных и глинистых пород – закон ламинарной фильтрации.

Скорость движения воды определяется также уравнением: v=Q/F (Q – количество фильтрующейся через породу воды, м 3 ; F – площадь поперечного сечения, м 2 , через которое фильтруется вода). Так как движение воды происходит только по порам, то действительная скорость фильтрации (исходя меньшей площади действительного сечения породы) больше. Действительный коэффициент фильтрации: K фд =K ф /n (n – пористость). Действительный коэфф-нт фильтр-и иногда называется коэф-том скорости фильтрации. В песчаных породах К фд всегда больше коэффициента фильтрации, опред-го непосредственно в лаб-ых усл-ях. В глинистых породах эффективная пористость всегда значительно меньше общей пористости и часто равна нулю, т.к. поровое пространство в значительной мере занято физически связной водой. В строительстве фильтрационные свойства грунта (его водопроницаемость) связаны: 1. С инженерными задачами (фильтрация берегов в результате строительства плотин). 2. С вопросами временного понижения уровня грунтовых вод (У.Г.В.) для осушения котлованов. Лабораторный прибор для определения фильтрационных свойств грунтов представляет собой сосуд с пористым днищем (см. схему), в который помещается песок. Сверху заливается вода и измеряется ее расход (фильтрация через образец песка) с различными интервалами времени. Если в глинистом грунте создается гидравлический градиент меньше начальной величины, фильтрации в грунте нет и такой грунт является водоупором. Фил-ные хар-ки грунтов используются при: 1.Расчёте дренажа. 2.Определении дебита источника подземного водоснабжения. 3.Расчёте осадок сооружений (оснований) во времени. 4.Искусственном понижение У.Г.В. 5.Расчёте шпунтового ограждения при откопке котлованов, траншей.

Отметим ряд особенностей, хар-х для вечномерзлых грунтов после их оттаивания:

Максимальные значения водопроницаемости отмечены в зонах тектонического дробления, причем затухания с глубиной не наблюдается, что объясняется большим содержанием льда, вызванного распучиванием дисперсного заполнителя. После вытаивания льда образуются мощные фильтрационные ходы.

Водопрониц-ть вечномерзлых грунтов после их оттаивания обычно переменна во времени, поскольку находится под воздействием двух противоборств-х факторов. С одн стороны, пустоты, только что образовавшиеся в распученном массиве после вытаивания льда, стремятся к закрытию под действием веса вышележащих грунтов или нагрузок от сооружений, вследствие чего водопрон-ть должна уменьшаться. С другой стороны, тонкодисперсный заполнитель, который после вытаивания льда не обладает структурой, обеспеч-й его фильтр-ю прочность, способен размываться фил-ным потоком. Это влечет за собой увеличение водопр-сти пород. Фильтр-ю способность вечномерзлых пород оценивают по рез-там опытных работ на предварительно оттаянных участках или косвенными методами. К косв-м методам оценки водопр-сти вечномерзлых грунтов относятся: расчетные; сравнения зависимостей показателей водопрон-сти от трещиноватости для талых и мерзлых грунтов; воздушного опробования скважин; геофизические. Все эти методы носят оценочный характер.

Исследования деформационных характеристик грунтов направлено на определение возможности удерживать без проседания и изменения целостности как части конструкции, так и всего строения. На стадии проекта изучение данных характеристик является основным, так как именно такие исследования определяют необходимый вид фундамента и его глубину. Также особенности устойчивости грунтов оказывают прямое влияние, насколько высоким может быть будущее строение.

Важность таких исследований очень велика. В случаях проведения некорректного исследования, полученные данные, могут привезти к нарушению целостности здания или его полному разрушению. Устойчивость к деформациям грунта напрямую оказывает влияние на наклон, появление трещин, просадки фундамента и других негативных явлений.

Определение несущей способности

Определение несущей способности грунта происходит через использование нагрузок и отслеживанием всех происходящих деформаций. Опытным путем устанавливается, какие будут получены результаты от нагрузок разной степени. Так определяется степень деформационных характеристик грунта при различных нагрузках. И определяется нагрузка, при которой никаких значительных деформаций не произошло.

В зависимости от вида грунта деформационные характеристики получаются различными. Так глина практически не имеет деформаций при различных нагрузках, в то время как, песок не выдерживает нагрузки и сдвигается. Такой сдвиг вызывает разрушение фундамента, стен, проседания одной ил нескольких сторон.

Сама прочность грунта имеет сильную зависимость от того, в каком состоянии она находиться (насыщенность влагой, температура и т.д.).

Сила воздействия

В проведении испытаний является значительным не только изучение степени переносимого напряжения от массы здания или конструкции. Значительными условиями для расчета являются силы, воздействующие на само здание. В период эксплуатации постоянно оказывают влияние такие дополнительные силы, как:

• давление атмосферы;
• дополнительная масса от осадков;
• ветер.

На уровне лабораторных испытаний устанавливается максимальная и безопасная степень воздействия горизонтальных и вертикальных нагрузок. Так определяется несущая способность грунтов и уровень опасности, который следует предусмотреть на случай чрезвычайных последствий. Во время заключения по таким испытаниям главным показателям является устойчивость к сдвигающим деформациям, что и приводит к изменениям целостности и разрушениям.

Изучение образцов грунта

Для точного определения деформационные характеристики грунтов , проводятся специальные испытания. Проведение исследований регламентировано и имеет ряд определенных методов и оборудования, которое соответствует соответствующему ГОСТу № 12248-96.

Одним из основных регламентированных методов исследования является метод «одно плоскостного среза». Специальный прибор производит сдвиг одной части по отношению у другой. Так определяется главная характеристика деформации грунта.

Для проведения испытаний используется не меньше 3-х образцов грунта. Используемые образцы подвергаются сдвигающей силе, которая с каждым этапом нарастает и в конечном итоге приводит к деформации. В первоначальных этапах проверяется горизонтальная прочность перед сдвигами. На второй стадии такой же процесс с тремя образцами проводят для определения сдвигающей деформации по горизонтали.

Шаг изменения нагрузки происходит в 0,1 атмосферы. Процесс исследований прекращается при разрушении грунта или сдвига в полсантиметра.

Все лабораторные результаты заносятся в график, где и устанавливается удельное сцепление и сопротивление грунту.

Все полученные результаты опытных испытаний и средние расчетные сравниваются с установленным государственным стандартам для строения здания.

Период проведения исследований

Проведение исследований на деформационные характеристики обязано проходить на этапе изыскательных работ, на этапе проектирования будущей постройки. Проведение испытания несущей способности грунта обязательно для постройки любых зданий и сооружений, особенно важно для зданий с большим количеством этажей.

Забор проб производится специальным оборудованием с помощью шурфов. Шурф представляет собой забуренную скважину на глубину, откуда будет начинаться заливка фундамента. Проведение взятия проб грунта обязательно производится таким методом, так как при вскапывании происходи разрыхление и перемешивание. Взятие проб производят по всей длине шурфа через каждый метр. Для испытаний подходят только целостные пробы.

Сами исследования проводятся на грунте в различных состояниях: повышенной влажности, нагретом, минимального количества влаги, замершем, уплотненном, неуплотненном.

Основные расчеты несущей способности грунтовых пород

Деформация грунта определяется с помощью определенных значений:

• прочность – противостояние воздействию извне. Измеряется максимальным пределом. За предел принимается максимально переносимое напряжение без нарушения целостности;
• угол трения – каждый вид породы имеет свой угол трения;
• сцепление – сила связей между частичками грунта;
• модуль деформации – выражает через отношение деформации и напряжения.

Все характеристики имеют различные значения при определенных изменениях состояния грунта.

Влияние на деформации

На деформации грунта влияет несколько определенных факторов:

• размер частиц грунта – чем меньше частицы, тем выше плотность;
• пористость – чем больше расстояние частиц друг от друга, тем ниже прочность грунта;
• влажность – повышенная влажность снижает предельное значение прочности;
• подземные воды – наличие большого водного фронта и его сезонные колебания влияют на прочность грунта;
• резкие погодные изменения – при цикличном и резком переходе от теплого состояния к более холодному (точнее 0 °С и ниже) может происходить сдвиг в определенных областях грунта.

Все факторы влияние обязаны быть приняты к сведенью в процессе определения основных рекомендаций по строительству и закладке фундамента под здание.

Виды грунта, подлежащие обязательному исследованию

В целом для обеспечения полной безопасности строительства и эксплуатации здания проведение исследований на деформации рекомендовано для всех видов грунта. Так можно определить возможные сложности, которые повлияют на эксплуатацию и строительство объекта. Проведение обязательных испытаний на деформации согласно государственного стандарта определено для:

• крупнообломочных грунтов;
• песков;
• глинистых пород;
• органоминеральных грунтов;
• органических грунтов;
• засоленных грунтов.

Данные виды грунта являются особо подверженными для деформаций своих несущих характеристик. Это связано с их особенностями проявления физических свойств при возникновении внешних факторов. Крупнообломочные и пески не имеют высокой прочности и для них характерен сдвиг под нагрузкой, а это мгновенно вызывает разрушение фундамента, проседание и перекос стен и как следствие полное разрушение. Также все перечисленные виды грунта особо подвержены изменению своих свойств при намокании. Все грунты имеют либо не высокую плотность, что при намокании приводит к провалам, либо в них присутствуют растворимые примеси. Именно поэтому точное определение деформационных характеристик грунтов данной категории является обязательным. После исследования разрабатывается список рекомендаций по устранению возможных проседаний и уплотнению грунта. Только основываясь на полноценное исследование, производится план мероприятий по предотвращению низких показателей прочности грунта.

Также обязательным является проведение данных испытаний для строительства высотных многоэтажных зданий, у которых повышенная нагрузка конструкции и увеличенная нагрузка горизонтального и вертикального воздействия. При неучтенных обстоятельствах с плотностью и несущей способностью грунта, фундамент может не соответствовать требуемой нагрузке. Такая ситуация может привести к обрушению или завалу здания на бок. Попытка сэкономить может привести не только к потере объекта, но и к потере человеческих жизней.

Наша работа

Компания «Геодата» предлагает исследование деформационных исследований грунта , а также весь спектр инженерно-геодезических изысканий на индивидуальных условиях. Благодаря большому опыту работы и крепким партнерским связям мы разработали гибкую систему цен, которые подойдут каждому. Работа выполняется только профессионалами свое дела, а в компанию приходят из лучших университетов страны.

Мы производим весь комплекс изысканий согласно установленным государственным стандартом с передачей всех необходимых заключений и документации во многих регионах страны.

Если у Вас есть к нам вопросы, просто свяжитесь с нами по указанному номеру или напишите на нашу электронную почту. Также Вы всегда можете заказать звонок с сайта, и наши специалисты проконсультируют Вас по всем интересующим вопросам.