Файл: Грунтоведение_лекции.doc

Приблизительно модуль общей деформации есть величина, обратная коэффициенту компрессии E=β/a(кГ/см²),β – коэффициент, учитывающий невозможность бокового расширения грунта: для песков и супесейβ= 0.76, суглинковβ=0.63, глинβ= 0.42.

Консолидация.

Необходимо отметить, что процесс сжатия глинистых пород под нагрузкой происходит в течение продолжительного времени. Процесс уплотнения глинистых пород во времени называется консолидацией. В качестве количественной характеристики используется особый показатель - степень консолидации , которая представляет собой отношение сжатия (осадки образца в компрессионном приборе) в некоторый момент времениТк его полному сжатию по окончании процесса консолидации в результате действия данного внешнего давления:

где S_Т- осадка образца под давлением на момент Т от начала приложения нагрузки;

S- полная осадка образца после прекращения деформации сжатия под той же нагрузкой. Эту зависимость графически отображает характерная кривая:

Рис. 7.5. Кривая консолидации.

Примеры решения задач.

Задача 4.

Для расчета осадки отобран образец аллювиального суглинка для испытания на компрессию. Начальная высота образца h=30 мм. Результаты испытаний приведены в таблице 7.1. Построить кривую зависимости модуля осадкие_р,как функцию приложенного давления.Р.

Таблица 7.1

Решение.

1. Модуль осадки е_р определяют по формуле

2. Подставляя в формулу результаты испытаний, имеем для Р₁ = 1 кГ/см²

и так для каждой ступени нагрузки, результаты заносим в таблицу.

3. По полученным значениям модуля осадки построить график зависимости модуля осадки от приложенной нагрузки.

Рис. 7.6 График зависимости модуля осадки от приложенной нагрузки

вида е_р= f(p).

Задача 5.

Используя исходные данные задачи 1 построить компрессионную кривую

вида ε =f(p), и определить коэффициент сжимаемости, если удельный вес скелета грунта

γ_s = 2.70 Г/см³, объемный вес грунта до испытания γ = 2,01 Г/см³, начальная влажность образцаw=25%.

Решение.

Для того, чтобы построить компрессионную кривую вида ε =f(p) необходимо определить значения пористости ε _i на каждой ступени нагрузки по формуле_:

.

1. Определить начальное значение коэффициента пористости: ,

где . Подставляя в формулу данные, получим: γ_ск= 2,01/(1+0,2)=1,61 Г/см³,

.

2. Определяем значения пористости грунта для каждой ступени нагрузки и результаты заносим в таблицу и строим график в Excel:

Таблица 7.4.

Рис. 7.7 Компрессионная кривая вида ε =f(p)

3. Далее определяем коэффициент сжимаемости в пределах (1-3) кГ/см² :

см²/ кГ.

Задача 6.

Определить компрессионный модуль деформации Е₀ и модуль общей деформации Е, если в компрессионных испытаниях при увеличении нагрузки с Р₁=1 кГ/см²до Р₂=3кГ/см²коэффициент пористости грунта уменьшился с ε₁ = 0,61 до ε₂ = 0,595. Коэффициент Пуассона μ= 0,25.

Решение.

1. Определяем коэффициент компрессии: см²/ кГ

2.Определяем компрессионный модуль деформации кГ /см².

3.Определяем модуль общей деформациикГ /см².

Отметим, что Е₀ >E.

Задача 7.

Построить графики консолидации супеси и суглинка по опытам на консолидацию, если начальная высота образцов h=З см (опыты проводились при двустороннем оттоке воды из образцов), начальное (природное) значение коэффициента пористости супеси

ε₀ =0,685и суглинка ε₀ =0,695

Опыты на консолидацию проводились при одной ступени нагрузки р= 2 кГ /см².

Результаты испытаний на кон­солидацию приведены в таблице 7.5.

Таблица 7.5

Решение.

1.Определяется процент консолидацииКдля каждого отсчета времени по формуле:%

Подставляя в формулу значения полной деформации ∆h_полн=0,34 ммдля супеси и последовательные значения ∆h_t, получим:

для t=0,5мин =91%

для t = 1мин =93%

и так для каждого отрезка времени.

2. Построить кривые консолидации – графики зависимости степени консолидации в процентах в зависимости от времени.

Рис. 7.8 График зависимости степени консолидации от времени для супеси

Рис. 7.9 График зависимости степени консолидации от времени для суглинка

8. Методика и приборы для проведения компрессионных испытаний.

Практически испытание пород для построения компрессионной кри­вой обычно состоит в том, что образец изучаемой породы поме­щается в металлический цилиндр компрессионного прибора и под­вергается равномерно распределенной нагрузке . Дно и поршень цилиндра оборудованы специальными пористыми прокладками, от­водящими выдавливаемую из образца воду.

Внешняя нагрузка на образец вызывает его деформации, кото­рые в условиях невозможности бокового расширения будут выра­жаться в уменьшении высоты образца за счет уменьшения пористо­сти. Изменение высоты образца регистрируется специальными при­борами-индикаторами (мессура) с точностью до 0,01мм. Увеличе­ние нагрузки производится ступеньками, после того как оканчивает­ся сжатие образца под воздействием предыдущего давления.

Предварительно для испытуемой породы определяют удельный вес (), объемный вес (), начальную влажность (W₀) и начальный (природный) коэффициент пористости (₀).

Каждая последующая ступень давления увеличивается вдвое (например, 0,5, 1, 2, 4и т.д. кГ/см²). Величина первой ступени на­грузки иногда определяется давлением, которое испытывала поро­да в природных условиях. Последняя ступень нагрузки определяет­ся нагрузкой от проектируемого сооружения, увеличенной на1—2кГ/см²

За критерий условной стабилизации деформаций принимается для мягких, сильно пластичных глин нарастание деформации на 0,01мм за 12ч для плотных глин и 0,01мм за 3—5ч для песчаных.

Породы, залегающие в основании проектируемых сооружений, испытываются в образцах с ненарушенным сложением, а породы, изучаемые в качестве материала для земляных сооружений (пло­тин, дамб, насыпей и т.д.),—с нарушенным сложением, но при той влажности и плотности, с которыми их намечается укладывать в тело сооружения.