Файл: Трофименков Ю.Г. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 88
Скачиваний: 1
В табл. 4 приведены характеристики пластичности глинистых грунтов различного генезиса и возраста.
Консистенция определяется по формуле
В = |
w —wp |
(5) |
|
|
Wп |
Она учитывается при оценке способности глинистых грунтов |
|
к пластическим деформациям, |
их устойчивости в стейках котло |
ванов и откосах выемок, а также при определении несущей спо собности свай и нормативного давления на основание из глини стых грунтов.
2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ
Сжимаемость. Все песчаные и глинистые грунты в той или иной степени деформируются (уплотняются) под действием при ложенной к ним статической нагрузки. Уплотнение под нагруз кой водонасыщенных песчаных прунтов происходит сравнитель но быстро, так как пески, обладая обычно достаточно высокой водопроницаемостью, легко отдают свободную воду. Кроме того, сжимаемость песков (за исключением рыхлых) обычно невелика.
Уплотнение под нагрузкой глинистых грунтов (особенно очень влажных или водонасыщенных) вследствие весьма низкой их водопроницаемости и наличия связанной воды происходит зна чительно медленнее, чем песчаных. Осадки сооружений, возве денных на глинистых грунтах, длятся месяцами и годами и вслед ствие высокой начальной пористости грунтов могут достигать при больших размерах фундаментов и большой мощности сжи маемого глинистого слоя десятков сантиметров.
Деформация уплотнения грунтов под действием нагрузки имеет в значительной степени необратимый характер. Количест венной характеристикой сжимаемости грунтов является модуль деформации Е в кгс/см2.
Модуль деформации грунтов отличается от модуля упругости твердых тел и материалов тем, что он отражает не только упру гие, но и необратимые пластические деформации. Из этого сле дует, что модуль деформации относится только к действию воз растающих нагрузок. В общем виде модуль деформации грунтов является непостоянной величиной, так как зависимость дефор мации грунтов от давления имеет нелинейный характер, и закон
Гука применим лишь ів пределах небольших интервалов измене ния давления.
На величину модуля деформации глинистых грунтов в боль шой степени влияет их влажность: при увеличении влажности величина модуля деформации снижается. Модуль деформации грунтов определяют лабораторными методами—в компрессион ных приборах или приборах трехосного сжатия и полевыми — с помощью испытания штампами.
14
Как правило, величины модуля деформации, получаемые в лабораториях, занижены. Наиболее достоверным методом опре деления модуля деформации грунта являются полевые испыта ния статическими нагрузками с помощью штампов.
На основании теории линейно-деформируемых тел и экспери ментальных данных Шлейхером выведена зависимость осадки прямоугольного штампа от приложенного давления
3 = |
Г Т ( |
І |
(6) |
где S — осадка штампа; |
|
|
|
Е -т- модуль деформации; |
|
|
|
А — коэффициент, зависящий от формы штампа; |
|
||
р — удельное давление на грунт под подошвой штампа; |
|
||
F — площадь штампа; |
|
|
|
ц — коэффициент 'Пуассона. |
квадратной формы — |
||
Значения А принимают: для штампа |
|||
0,95; круглой формы—0,96; прямоугольника—в зависимости от соотношения сторон.
■При использовании стандартных круглых штампов модуль де формации определяется по формуле
£ = (1 _ !а2) ш й -АА , |
(7) |
где со — безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8; d — диаметр штампа;
Ар — приращение давления на прямолинейном участке зави симости осадки от нагрузки;
Д5 — приращение осадки, соответствующее приращению дав ления.
Значения коэффициента Пуассона приведены ниже:
для |
крупнообломоч-ного гр у н т а |
............................................ 0,27 |
» |
песка и с у п ес и ............................................................. |
0,3 |
» |
суглинка............................................................................. |
0,35 |
» |
глины ................................................................................... |
0,42 |
В зависимости от вида грунтов, их состава и состояния зна чения модуля деформации могут изменяться в широких преде лах. Для характеристики сжимаемости грунтов в табл. 5 даются ориентировочные наиболее часто встречающиеся пределы изме нений модуля деформации.
Значения модуля деформации, приведенные в табл. 5 для песчаных грунтов, относятся к несцементированным в основном четвертичным пескам. Значения модуля деформации -глинистых грунтов, как было сказано выше, в значительной степени зависят от их влажности и консистенции. Поэтому приведенные з табл, б пределы изменения значений модуля деформаций даны
отдельно для мягколлаетичных грунтов |
(0,l5<ß<Ö,76) и грун |
тов тугопластичной, полутвердой или |
твердой консистенции |
( В < і0,і5). |
|
15
ТАБЛИЦА 5
Пределы изменений £ , кгг/слс2
Грунты
нижние |
средние |
верхние |
Пески:
крупные я средней крупности . (мелкие............................................
тш леваты е................................... |
|
|
Глины іи .суглинки: |
(кро.че .морен |
|
а) |
четвертичные |
|
ных) : |
и полутвердые |
|
|
тугопластичные |
|
б) |
мягкопластичны е ..................... |
|
коренные и моренные: |
||
|
тугопластргчные |
до твердых |
|
.мягкопла-стичные . . . . . |
|
<300 |
300—600 |
>600 |
<200 |
200—400 |
>400 |
<100 |
100—250 |
>250 |
<100 |
100—300 |
>300 |
< 50 |
50—100 |
>100 |
<300 |
300—500 |
>500 |
<200 |
200—400 |
>400 |
Четвертичные глинистые прунты текучей и текучепластичной консистенции имеют настолько низкие модули деформации, что практически в качестве естественных оснований не могут исполь зоваться. Четвертичные глинистые грунты твердой консистенции встречаются редко. Что касается коренных глин и суглинков, то в условиях природного залегания в большинстве случаев вслед
ствие высоких значений границ пластичности они не могут нахо диться в текучем состоянии даже при степени влажности, равной 1.
Сопротивление сдвигу. Под сопротивлением сдвигу подразу мевается способность грунта противодействовать смещению од ной части грунтового массива по отношению к другой его части под действием касательных напряжений, возникающих от внеш них нагрузок.
Сопротивление сдвигу песков, т. е. несвязных грунтов, обус ловлено внутренним трением, которое в известных пределах пря
мо пропорционально напряжению, |
нормальному |
к плоскости |
сдвига: |
|
|
т = а tg ф = |
а Д |
(8) |
где т — сопротивление сдвигу; а — нормальное напряжение;
Ф — угол внутреннего трения; / — коэффициент внутреннего трения.
Следует иметь в виду, что даже при отсутствии нормального напряжения песок оказывает некоторое сопротивление сдвигу. Это сопротивление обусловливается поверхностным натяжением пленок воды, окружающей частицы песка (влажные пески), и так называемым сцеплением упрочнения.
Как показывают данные многочисленных опытов, коэффици ент внутреннего трения песков возрастает с увеличением плотно-
16
ста л размера частац и уменьшается с увеличением степени их окатанности.
В песках, в том числе водонасыщенных, уплотнение происхо дит быстро, и нормальное давление полностью передается на
.скелет грунта, повышая сопротивление сдвигу. Поэтому скорость
•приложения нормального и касательного напряжений при сдви ге песка, а также степень его влажности не оказывают сущест венного влияния на сопротивление сдвигу. Это справедливо в от ношении чистых промытых песков и не распространяется на пес ки глинистые и пылеватые.
Нормативные и расчетные величины углов внутреннего тре ния песков различной плотности и крупности приведены в. табл. 13 а СіНиЛ П-В. 1-62*.
Сопротивление сдвигу глинистых, т. е. связных, арунтов имеет более сложный характер. Глинистые грунты обладают некоторой силой сопротивления сдвигу даже в том случае, когда нормаль ное напряжение отсутствует. Эта сила называется сцеплением.
Сцепление обусловлено наличием между твердыми частица ми грунта внутренних связей, которые слагаются из сил молеку лярного притяжения, поверхностного .натяжения пленок воды, обволакивающих частицы, водно-коллоидных и жестких кри сталлизационных связей..
Опытами установлено, что при нормальном напряжении, пре вышающем 1 кгс/см2, сопротивление сдвигу связных грунтов яв ляется функцией первой степени от нормального напряжения и состоит из двух слагаемых: сопротивления трению о/, прямо про порционального нормальному напряжению, и удельного сцепле ния с, практически не зависящего от нормального напряжения.
Таким образом |
|
X= о tg ф + с, |
(9) |
где с — удельное сцепление. |
глинистых грунтов |
Как цравило, угол внутреннего трения |
значительно меньше угла внутреннего трения песков я в зависи мости от вида грунта и его состояния изменяется в пределах от Одо 25—30°; у супесей и суглинков он выше, у глин ниже.
Угол внутреннего трения уменьшается с увеличением влаж ности грунта, а также с возрастанием плотности при неизменной влажности, т. е. с увеличением степени влажности грунта угол внутреннего трения становится меньше. Вода при этом играет как бы роль смазки, уменьшающей трение между частицами грунта.
Величина удельного сцепления глинистых грунтов изменяется от сотых долей до 1 кгс/см2 и более. В зависимости от степени сопротивления глинистых грунтов сдвигающим усилиям выпол няют следующие испытания:
а) консолидярованно-дренированное испытание — медленный сдвиг образца, предварительно уплотненного до состояния по-
ристости и влажное™, соответствующих действующему на него нормальному усилию (полностью 'консолидированный образец); б) неконсолидированно-недренированное испытание — быст рый сдвиг образца без предварительного уплотнения (или с ча стичным уплотнением) при постоянной влажности (без консоли
дации или с -частичной консолидацией образца).
Различают также другие разновидности испытаний: неконсо лидированно-дренированное испытание (медленный сдвиг без предварительного уплотнения) и консолидированно-недрениро- ванное испытание (быстрый сдвиг с полной консолидацией при предварительном уплотнении).
Г л а в а II
ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ ШТАМПАМИ В ШУРФАХ И СКВАЖИНАХ
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Изменение напряженного состояния грунта, вызываемое ве сом сооружения, приводит к деформациям грунта основания, обусловленным процессами уплотнения и сдвигов. Общий харак тер этих процессов отображается на рис. 1 в виде графика, имеющего три участка, каждый из которых характеризует раз личные стадии поведения грунта под нагрузкой.
Участок / характеризует уплотнение грунта, происходящее в результате более компактного размещения слагающих его час тиц при сближении их между собой, что выражается в уменьше нии пористости. На графике S — f(p) этот процесс выражен в ви де прямой или близкой ,к прямой линии (прямолинейная зависи мость осадки от нагрузки).
Далее под понятием «прямолинейный участок графика зави симое™ осадки от нагрузки» имеется в виду участок, через четы ре опытные точки которого, определенные испытаниями штампа ми, методом наименьших квадратов (или графическим методом) можно, по условиям ГОСТ 12374—166, проводить оередняющую прямую.
Участок 2 характеризует дальнейшее уплотнение грунта, на чало и развитие сдвигов в грунте. Незначительные в начальной стадии сдвиги по мере роста нагрузок приобретают в развитии деформаций доминирующее значение. Участок 2 имеет криволи нейное очертание, а его крутизна характеризует более интенсив-
18
Рис. 1. График зависимости осадки штам'па (фундамента) от передавае
мой на «его нагрузки
ное по сравнению с ростом на грузок приращение деформа ций — осадки.
Участок 3 характеризует разрушение грунта в основа нии штампа-фундамента. Этот процесс сопровождается рез ким возрастанием деформации
грунта при незначительном возрастании нагрузок, а на конечном этапе — даже при их постоянном значении. Процесс оканчива ется выпором грунта из-под подошвы штампа-фундамента.
Процессы, отображаемые участками 1 и 2 на рис. 1, характеризуются как упругими, так и остаточными деформация ми, наблюдающимися в грунтах основания сооружений. При этом следует особо отметить значительную для грунтов роль ос таточных деформаций, которые могут намного превышать упру гие деформации.
Для выражения сжимаемости грунтов по аналогии с модулем упругости ('применяемым для упрупих физических тел), как ука зано ранее, принята величина, называемая модулем общей де формации или модулем деформации.
В понятие модуля общей деформации необходимо вносить ограничения, так как, во-первых, выше отмечено наличие как упругих, так и остаточных деформаций, обусловливающих сжи маемость грунтов, и, во-вторых, в характере процессов, обуслов ливающих осадку штампа-фундамента, отмечено различие' для различных стадий нагружения.
Наличие упругих и остаточных деформаций при изменении напряженного состояния грунтов вынуждает относить значения модуля деформации к одноразовому действию нагрузок: при по вторном действии тех же нагрузок ранее уплотненный (в резуль тате остаточных деформаций) грунт будет характеризоваться уже другими (по сравнению с первоначальным состоянием) зна чениями модуля деформации.
При повторном действии равных по величине уплотняющих нагрузок величина остаточных деформаций уменьшается, а при многократном их новторении (циклами нагрузка— разгрузка) деформации могут быть сведены к нулю. Деформации в этом случае происходят в результате приобретенных грунтом упругих свойств, а их величина характеризуется модулем упругости.
Как следует из выражения (7), модуль деформации характе ризуется котангенсом угла наклона прямолинейного участка ли
19