Menu

Сжимаемость грунтов при статических воздействиях

 

Компрессионные кривые и зависимости. Характеристики сжимаемости грунтов в лабораторных условиях обычно определяют по результатам их испытаний в компрессионных приборах (см. рис. 1.14), т. е. в условиях невозможности бокового расширения грунта (ех = еу = 0). Увеличивая ступенями сжимающие напряжения а и выжидая полного затухания деформаций от каждой ступени нагрузки, можно, измеряя вертикальные смещения 8г штампа, определить экспериментальным путем связь интенсивности сжимающей нагрузки о с относительным сжатием образца грунта ех

  1. 32/к, где Н — начальная высота образца.

 

Исходя из допущения, что сжатие происходит только за счет изменения объема пор грунта, зависимость е2(ст) (см. рис. 1.12) можно легко представить в виде е (о). Зная начальный коэффициент пористости е0, любой последующий определится как

в1 = е о — Ае1 = е0 — А Упт, (1.25}

где Л Уп — изменение объема пор; Ут — объем твердых частиц во всем образце. Учитывая невозможность бокового расширения грунта, изменение объема пор будет равно объему осадки штампа компрессионного прибора с площадью Р, т. е. ДУП = 82,1р, а объем твердых частиц во всем объеме образца грунта с учетом (1.17) будет Ут = = т0РН = РН/( 1 + е0)- После подстановки этих величин зависимость (1.25) приобретает вид

= е0 (1 ~1“ вц) Зг^/Н — вд - (1 -I- ^^) б2.

В результате, используя эту зависимость, данные лабораторных компрессионных испытаний обычно представляют в виде графика е(о), гак называемой компрессионной кривой (рис. 1.25, а).

Иногда уравнение компрессионной кривой с достаточным приближением представляют, как было впервые предложено К- Терцаги* в виде логарифмической зависимости

е = -Л1п(а + а0) + С, (1.26)

где А, о0 и С — параметры, определяемые по трем точкам экспериментальной кривой путем решения трех уравнений (1.26) с тремя неизвестными.

Для аналитической оценки сжимаемости грунтов в основном идут по пути замены криволинейного очертания компрессионной кривой прямолинейным (рис. 1.25, а), что в случае небольшого диапазона
изменения напряжений можно считать вполне допустимым. Тогда уравнение спрямленного участка компрессионной кривой приобретает вид

е— — аа + Ь, (1-27)

Рис. 1.25. Компрессионные кривые загрузки (/), разбухания (2) и вторичной загрузки (3) грунта где а и Ь — параметры линейной зависимости. Величина Ъ легко находится на оси е (рис. 1.25), параметр а, называемый коэффициентом уплотнения (сжимаемости), определится для компрессионной прямой (рис. 1.25) как

а= (ег — е2)/(а" — а'). (1.28)

Учитывая, что е — безразмерная величина, коэффициент уплотнения имеет размерность, обратную напряжению, и может определяться в кПа-1 или МПа-1. По зависимости (1.28) коэффициентом уплотнения можно назвать величину уменьшения коэффициента пористости на единицу приращения напряжения. Естественно, чем больше коэффициент уплотнения, тем более сжимаемый грунт. Для приближенной оценки сжимаемости грунтов при а > 1 МПа-1 грунты обычно считают сильно сжимаемыми, а при а <0,01 МПа-1 — малосжимаемыми.

При уменьшении сжимающих напряжений, т. е. разгрузке грунта, наблюдается увеличение коэффициента пористости (рис. 1.25, б), т. е. расширение образца грунта или, как чаще называют, разбухание грунта. При этом проявляется одна из основных особенностей деформируемости грунтов — наличие значительных необратимых (остаточных) деформаций грунта, т. е. на графике е (о) кривая разбухания ( или ветвь разгрузки) проходит значительно ниже и с меньшим уклоном, чем кривая уплотнения (ветвь загрузки). Иными словами, грунт в большинстве случаев его загружения (особенно первичного) не является упругим телом.[image]

Спрямляя кривую разбухания на отдельных участках, получим уравнение, аналогичное (1.27), в котором вместо а будет ар, называемое коэффициентом разбухания (рис. 1.25, б):

ар = (еа — е0/(а' — а")‘ (1-29)

При повторном загружении ветвь вторичного загружения образует с кривой разбухания петлю гистерезиса и при восстановлении напряжений о' (рис. 1.25, б) коэффициент пористости е'2 меньше е2.

Характерно, что при дальнейшем увеличении напряжений (больших а', рис. 1.25,6) кривая сжатия грунта получает больший уклон, т. е. выходит на ветвь уплотнения, иногда называемую главной или основной ветвью компрессионной кривой. В результате, если испытывать образец грунта, ранее находившийся под сжимающей нагрузкой,

например, от действия вышележащей толщи грунта, которую часто называют бытовой (т. е. об), то при а >■ о б наблюдается характерный перелом в компрессионной кривой (рис. 1.26). По этому признаку можно ориентировочно определить Об или другие нагрузки, например давление ранее существовавшей толщи льда на грунтах, образовавшихся в доледниковый период. Грунты, у которых напряжения, вызывающие характерный перегиб компрессионной кривой,

 

[image]

Рис. 1.26. Сжатие грунта ненарушенной структуры уплотненного в естественных условиях бытовой нагрузкой (1) или «переуплотненного» грунта (2). Пунктиром показана предполагаемая кривая уплотнения грунта в период его образования

 

Рис. 1.28. Сжатие грунта при наличии структурной прочности (/), того же грунта, но нарушенной структуры (2) и сжатие «структурно-неустойчивого» грунта (3)

 

Рис. 1.27. Компрессионные кривые при циклической загрузке—разгрузке грунта

 

 

больше напряжений от собственного веса существующей толщи грунтов (аб), называют переуплотненными (рис. 1.26). При циклической загрузке и разгрузке грунта (рис. 1.27) до одних и тех же напряжений наблюдается затухающее накопление остаточных деформаций, но постепенно ветви загрузки и разгрузки сливаются (иногда через

  1. .30 циклов) и грунт ведет себя как идеально упругое тело (участок аЬ на рис. 1.27).

Существенной особенностью природных грунтов ненарушенной — естественной структуры является наличие так называемой структурной прочности, которая проявляется при их компрессионных испытаниях (рис. 1.28). Благодаря наличию структурных и, в частности, цементационных (кристаллизационных) связей между частицами при относительно малых нагрузках на основной ветви компрессионной кривой до напряжений астр наблюдается практически горизонтальный участок, т. е. отсутствие уплотнения. При напряжениях, несколько больших структурной прочности астр, в результате разрушения хрупких связей между частицами происходит резкое нараста
ние деформаций (уменьшение е). Величина астр в некоторых грунтах может быть весьма малой (0,01...0,05 МПа) и поэтому для того, чтобы ее обнаружить, нужно тщательно сохранять структуру образца грунта и прикладывать нагрузку малыми ступенями, очень плавно.

Наиболее ярко влияние структурной прочности проявляется в илистых грунтах и некоторых очень влажных глинах, например иоль- диевых глинах и др. Имея очень рыхлое сложение и, как следствие, в водонасыщенном состоянии значительную влажность, иногда достигающую 1...2, эти грунты обладают структурной прочностью, после малейшего преодоления которой начинается «лавинное» разрушение связей между частицами и значительное, обычно катастрофическое для возведенных на них сооружений стремление к значительному уплотнению водонасыщенного грунта (см. рис. 1.28, кривая 3). В результате этого ранее относительно прочный грунт переходит практически в состояние жидкости, поэтому такие грунты иногда относят к категории «структурно неустойчивых». Одним из возможных путей строительства на таких грунтах является максимальное сохранение в них структурных связей.

Во всех случаях благодаря наличию структурных связей сжимаемость любого грунта ненарушенной структуры меньше сжимаемости такого же грунта нарушенной структуры (имеющих одинаковые начальные коэффициенты пористости) (см. рис. 1.28, кривые 1 и 2).

Сопоставляя сжимаемость грунтов различных видов, следует сделать общее практически важное заключение об относительно малой сжимаемости несвязных грунтов и большой сжимаемости связных — глинистых грунтов при действии статических нагрузок. Рыхлый песок в результате действия возможных в строительной практике статических сжимающих напряжений невозможно существенно уплотнить и тем более добиться плотного сложения. Еще меньше уплотняются при статических нагрузках окатанные крупнообломочные грунты. Это объясняется «жесткостью» структуры таких грунтов, наличием непосредственных контактов между частицами и их формой. Ряд частиц крупнообломочных грунтов при нагрузке перемещается только после их разрушения или скола углов. В глинистых грунтах, содержащих пластинчатые частицы, окруженные пленками связанной воды, свойства сжимаемости при статических воздействиях проявляются весьма ярко.

Этими же особенностями структуры объясняется существенная разница в процессах «разбухания» несвязных и связных грунтов при их разгрузке. В несвязных грунтах «разбухание» мало и объясняется в основном упругой деформацией частиц. В глинистых грунтах, наоборот, явления разбухания ярко проявляются в основном за счет увеличения пленок связанной воды (расклинивающий эффект).

Сжимаемость грунтов на приборах трехосного сжатия. Оценку сжимаемости грунтов на приборах трехосного сжатия производят по величине объемной деформации грунта гу = ДУ/У, где ДУ — приращение объема образца, имеющего начальный объем У. В ста- билометрах изменение объема образца определяют путем измерения объема жидкости, входящей (или выходящей) в камеру прибора обыч-

но с помощью вольюметров. В приборах с независимо управляемыми тремя главными напряжениями еу находят по величинам перемещений каждого штампа, как еу = + е2. Следует отметить, что[image]

при компрессионных испытаниях еу — е2.

 

Рис. 1.29. График связи напряжении 01 и (тг=(т3, продольной ег и объемной Су деформаций грунта в стабилометре:

1 — при всестороннем ежа- тии; 2 — при росте только напряжений СТ]

При создании в трехосных приборах всестороннего сжатия (стх = = а2 = а3), как и в случае компрессионных испытаний (см. рис. 1.12), с увеличением сжимающих напряжений наблюдается затухающий характер развития объемных деформаций (рис. 1.29, кривая 1).

В стабилометрах можно создавать достаточно широкий диапазон видов напряженно-деформированного состояния грунта и различные пути нагружения образца грунта. При более интенсивном нарастании напряжений аг, например (рис. 1.29, а) при переходе от всестороннего сжатия (ст) = а') к возрастанию ог при постоянном а'2 — а'3 , будет наблюдаться, как и в случае одноосного сжатия (см. рис. 1.12), все более интенсивное развитие продольных деформаций е2 образца, переходящих в разрушение при 0Х пр. Объемная деформация еу продолжает при этом вначале накапливаться, но с приближением к моменту разрушения может развиваться различным образом (рис. 1.29, б). В зависимости от вида и состояния грунта объемная деформация может начать уменьшаться (кривая^'), т. е. наблюдается разрыхление грунта, или может продолжать накапливаться, даже с большей интенсивностью (кривая 2").

Таким образом, в результате развития деформаций сдвига (формоизменения) происходит дополнительное уплотнение или разрыхление грунта. Эти явления, называемые иногда дилатансией, более подробно рассмотрены в § 1.4.

На приборах с тремя независимо управляемыми главными напряжениями можно воспроизвести любой возможный в натуре путь загружения и вид напряженного состояния грунта. Характер развития объемных деформаций получается таким же, как рассмотренный для случая испытания грунта в стабилометре, но добавляется некоторое влияние изменения среднего главного напряжения о2.

Процесс консолидации грунтов, понятие о нестабилизированном состоянии грунта. При приложении или снятии сжимающих нагрузок уплотнение или разбухание (разрыхление) водонасыщенного грунта всегда происходит во времени. Основной причиной является необходимость оттока (отжатия) или притока (всасывания) воды ич пор или в поры водонасыщенного грунта, т. е. необходимость движения — 40

фильтрации воды по порам грунта. Для фильтрации какого-либо объема воды необходимо время, определяемое водопроницаемостью грунта.

Процесс уплотнения грунта, сопровождаемый отжатием воды из пор грунта, обычно называют процессом консолидации. По аналогии случай разрыхления грунта, сопровождаемый притоком воды в поры, можно назвать процессом реконсолидации грунта.

 

Рис. 1.30. Схема (б) компрессионного прибора с датчиком для замера избыточных давлений в поровой воде р и график (а) изменения р и осадки штампа 52 во времени I

Явления консолидации рассмотрим на примере уплотнения грунта в компрессионном приборе с замером осадки штампа во времени (5г,*) и давлений в поровой воде (рис. 1.30, б).

Замер порового давления производят с помощью иглы, имеющей на конце фильтр для пропуска только поровой воды, и любого, желательно наименее расходного, датчика (манометра).

При быстром, условно «мгновенном», приложении нагрузки ^ за короткий период времени 0 вода из пор не успевает начать отфильтровываться, а сжимаемость воды и тем более твердых частиц мала. Поэтому в полностью водонасыщенном грунте осадка штампа в первый момент приложения нагрузки (/« 0) практически равна нулю и наблюдается быстрый подъем давления в поровой воде (рис. 1.30, а). В глинистых полностью водонасыщенных грунтах пластичной и тем более текучей консистенции подъем давлений в поровой воде достигает величины р = т. е. происходит передача всей приложенной нагрузки на поровую воду. Затем наблюдается отжатие воды из пор грунта и постепенное развитие осадки поверхности грунта, сопровождаемое падением давлений в поровой воде. К моменту практического окончания осадки давление в воде снижается до начального и, следовательно, вся нагрузка ^ передается на скелет грунта.

Грунт в процессе консолидации обычно называют находящимся в нестабилизированном состоянии. Для нестгбилизированного состояния характерно наличие избыточных давлений в поровой врде р, т. е. дополнительных давлений, возникающих в результате приложения уплотняющих нагрузок.

Условия компрессионного сжатия грунта (см. § 1.3) соответствуют схеме одномерной задачи уплотнения бесконечно простирающегося слоя грунта, нагруженного по всей поверхности нагрузкой ц. На выделенную призму (рис. 1.31) с площадью основания, равной единице, по верхней грани действует внешняя нагрузка ц, а по основанию — возникающие в нестабилизированном состоянии напряжения в скелете грунта и дополнительные (избыточные) давления
в воде р{. В состоянии полной стабилизации, т. е. при р( = 0, напряжения в скелете грунта обозначим сг>.[image]

Проектируя все силы на ось г, получаем уравнение равновесия для нестабилизированного состояния

<7 = а1 + Р{ (1.30)[image]

и для стабилизированного состояния

 

Рис. 1.31. Схема передачи внешней нагрузки д на скелет грунта ст* и поровую воду Р1

<7 = а (1.31)

ог=а*— р{. (1.32)

Зная стабилизированные напряжения и определяя экспериментально или расчетом избыточные давления в поровой воде, можно по зависимости (1.32) определить действующие в данный момент времени ^ напряжения в скелете грунта щ.

Некоторые отечественные авторы применяют для нестабилизированного наряженного состояния специальные термины, заимствованные из зарубежных публикаций. Нестабилизированные напряжения в скелете грунта о( называют «эффективными», а р{ — «нейтральными», сумму этих напряжений, т. е. а*, — «тотальными». Необходимости в применении этой терминологии нет, тем более что избыточные давления в поровой воде (поровое давление) отражают действие активных объемных фильтрационных сил при консолидации и никак не могут относиться к разряду «нейтральных».

Очень наглядно процесс консолидации слоя можно проследить на чисто механической физической модели (рис. 1.32), предложенной К- Терцаги и условно изображающей элемент уплотняющегося полностью водонасыщенного грунта. Элемент грунта изображается в виде сосуда с несжимаемой водой, поршня и пружины, являющейся моделью сжимаемого скелета грунта. Отверстие в поршне и его диаметр характеризуют водопроницаемость грунта.

В момент приложения нагрузки = 0) вода через отверстие в поршне не успевает выйти, пружина (скелет грунта) не деформирована и поэтому усилие в ней а{=о=0 и рг= о = <7> т- е- вся нагрузка в первый момент передается на воду (рис. 1.32, в). Затем (^>0) через отверстие в поршне начинает бить фонтан воды (рис. 1/32, б), поршень постепенно смещается, все больше и больше сжимая пружину, т. е. часть нагрузки ^ передается на пружину (скелет грунта), а часть на воду. При этом в любой момент смещения поршня (уплотнения) вы
полняется условие равновесия (1.30). Когда пружина сожмется (рис. 1.32, в), вода прекращает выходить через отверстие в поршне, наступает стабилизированное состояние, усилие в пружине о* = ц, а давление в воде р = 0. Таким образом, за весь период консолидации напряжения в скелете грунта (усилия в пружине) меняются от 0 до ц, а давление в поровой воде (воде сосуда) —от <7 до 0, приращение напряжений в скелете грунта равно величине падения давлений в поровой воде.

 

Рис. 1.32. Механическая модель, иллюстрирующая процесс консолидации элемента грунта

Длительность процесса консолидации зависит от многих факторов (см. гл. 8). Рассматривая процесс консолидации грунта в компрессионном приборе, следует отметить существенное влияние на длительность процесса объема отжимаемой из пор грунта воды, т. е. сжимаемости грунта, но в наибольшей мере длительность процесса консолидации определяется водопроницаемостью грунта. Песчаные грунты, как наиболее водопроницаемые, уплотняются в компрессионном приборе (слой грунта 2...Зсм) втечение нескольких десятков минут, супеси и суглинки — часами, а глины — сутками.

В натурных условиях, т. е. при значительных объемах уплотняющихся — консолидируемых грунтов, осадки сооружений, возводимых на песчаных грунтах, заканчиваются практически за период их строительства, а на глинах протекают годами и даже десятки лет.

Коэффициент бокового давления в грунте. В условиях компрессионного сжатия, вследствие наличия жестких стенок (см. рис. 1.11, б), исключаются боковые (поперечные) деформации образца грунта, т. е.

== = 0. Для условий сжатия в компрессионном приборе можно[image]

записать

= °у = 1ах =[image]

где о — интенсивность приложенной к образцу сжимающей нагрузки; | — коэффициент бокового давления, представляющий собой отношение поперечных сжимающих напряжений к продольным, т. е.

| = ахг=Оу1ах (1.33)[image]

в условиях, когда сжатие происходит при отсутствии поперечных (боковых) деформаций, т. е. при ех = = 0.

Коэффициент бокового давления определяется в основном на ста- билометрах (приборах трехосного сжатия) (см. рис. 1.15, а и 1.16). Для этого при приложении вертикальной нагрузки ог создают и измеряют боковое давление сг2, обеспечивающее отсутствие малейших боковых деформаций образца. В этих условиях коэффициент бокового давления можно определить как о2/ох =

Очень наглядный «метод ленты» предложил К. Терцаги. Для этого в компрессионный прибор, загруженный обычно песчаным грун
том, помещают тонкую стальную ленту (рис. 1.33), которую затем выдергивают усилием Т. Причем выполняют два опыта: в одном лента расположена горизонтально (Гг), а в другом — вертикально (Гв). Тогда, обозначая через Р площадь ленты и через / — коэффициент трения ленты по песку, коэффициент бокового давления может быть определен по формуле[image]

§ = Ггв = 21Рох/(2[Раг) = ах2.

 

Рис. 1.33. Схема компрессионного прибора с вертикальной и горизонтальной лентой для определения коэффициента бокового давления

Нередко коэффициент бокового давления пытаются определить, замеряя давление грунта (0Х, ау) на стенки компрессионного прибора. Для этого устанавливают различного рода динамометры или на кольцо компрессионного прибора наклеивают датчики. Существенным недостатком таких способов является нарушение необходимого для определения коэффициента бокового давления условия отсутствия боко-

[image]

Рис. 1.34. Связь между напряжениями, действующими по вертикальным (сГдг) и горизонтальным площадкам (02) в условиях компрессионного сжатия:

1 — рыхлые пески; 2 — плотный грунт, обладающий структурными связями

 

вых деформаций, так как все методы измерения давлений на кольцо основаны на замере его деформаций.

На экспериментально получаемом графике связи ах с а2 (рис. 1.34) 1§а = \. Многими исследователями коэффициент бокового давления для песков получен порядка 0,4...0,6, а для глин 0,70...0,75. Для глинистых грунтов пластичной и тем более текучей консистенции коэффициент бокового давления приближается к единице, т. е. имеет место гидростатический закон распределения напряжений в скелете грунта. При малых напряжениях в грунтах, имеющих прочные структурные связи, коэффициент бокового давления мал и иногда даже близок к нулю, т. е. наблюдается нарушение линейной зависимости между ох и 02 (рис. 1.34, кривая 2).

Использование коэффициента бокового давления благодаря получаемой при этом простоте решений очень заманчиво во многих инженерных задачах. Однако необходимо подчеркнуть, что использование коэффициента бокового давления возможно только в случаях уверенной обеспеченности работы грунта в условиях невозможности его бокового расширения.

Особенности деформируемости просадочных и набухающих грунтов.

Просадочность — это способность некоторых грунтов уплотняться (уменьшаться в объеме) при их увлажнении. В природе встречаются просадочные суглинки, супеси и даже пески. Наиболее ярко свойство просадочности проявляется в лёссовых грунтах. Лёссовые грунты занимают значительную часть территории СССР (около 15%).

 

Рис. 1.35. Компрессионные кривые образцов просадоч- ного грунта при различных нагрузках (ст', ст", ст'") перед его замачиванием

Лёссы образуют очень однородные, без каких-либо признаков слоистости, толщи мощностью местами несколько десятков метров. По гранулометрическому составу это обычно супеси или суглинки с большим содержанием пылеватых частиц (обычно более 50%). Как правило, это очень рыхлые образования с пористостью, достигающей 0,5 и даже более 0,6. Характерной особенностью лёссовых грунтов является наличие крупных пор, видимых невооруженным глазом и достигающих нескольких мм. Поэтому эти грунты нередко называют макропористыми. Макропоры образуют вертикальные поровые каналы и поэтому водопроницаемость лёссовых грунтов значительно больше в вертикальном, чем в горизонтальном направлении. Характерная особенность лёссовых грунтов — их засоленность. Соли, часто карбонатные, образуют цементационные связи между частицами. Просадочные лёссовые грунты маловлажные, их влажность во многих случаях не превышает 0,04.

Просадочность грунтов в лабораторных условиях обычно исследуется в условиях компрессионного сжатия. Образец маловлажного лёссового грунта максимально ненарушенной структуры помещается в кольцо компрессионного прибора. Затем прикладывается нагрузка о, равная либо бытовой, определяемой весом вышележащей толщи грунтов, либо к ней добавляются напряжения, возникающие от действия будущего сооружения. В результате наблюдаются небольшие осадки маловлажного грунта, что свидетельствует о значительной прочности его структуры. При подаче в образец через фильтры компрессионного прибора (см. рис. 1.14) воды происходит быстрая и большая осадка штампа, разрушается структура грунта, полностью исчезают макропоры и грунт значительно уплотняется. На компрессионный кривой ярко отмечается вертикальный —«просадочный» участок (рис. 1.35).[image]

Для характеристики просадочности определяется вертикальная деформация (относительное сжатие) при замачивании, обычно называемая относительной просадочностью, т. е.

^ = (А-Лпр)/А, (1.34)

где к — высота образца природной влажности при давлении, ожида

емом на данной глубине после возведения сооружения; /гпр — высота образца после просадки от замачивания. Условно считают грунт просадочным при >0,01.

Механизм существенного ослабления и разрушения структуры лёссовых грунтов при их замачивании может быть объяснен в основном двумя причинами: первая — растворение водой солей, образующих цементационные связи между частицами, вторая — «расклинивающий эффект Дерягина» (см. § 1.1). В условиях малой влажности пленки связанной воды очень тонкие и не соответствуют водоудерживающей способности заряженных частиц грунта. При увлажнении толщина пленок увеличивается, частицы раздвигаются, силы взаимодействия между ними уменьшаются, а жесткие цементационные связи разрушаются. В результате этих причин под действием собственного веса толщи грунта и внешней приложенной нагрузки рыхлый увлажненный, но сохранивший большое количество газа грунт интенсивно и быстро уплотняется — проседает. С увеличением сжимающих нагрузок, действующих перед замачиванием грунта, величины просадки, относительной просадочности или изменения коэффициента пористости Лепр увеличиваются (рис. 1.35). При малых сжимающих напряжениях благодаря сохранению некоторых связей между частицами замачивание может практически не вызывать просадок. Такие напряжения называют начальным просадочным давлением. Для большинства лёссовых грунтов начальное просадочное давление изменяется от 0,02 до 0,08 МПа, иногда достигая 0,15 МПа. Очень большие нагрузки от сооружений еще до увлажнения существенно разрушают структуру маловлажного лёссового грунта и при его замачивании относительная просадочность несколько уменьшается.

При замачивании мощных толщ лёссов, например при устройстве в них каналов, наблюдаются под действием собственного веса грунтов значительные просадки ложа канала и окружающей территории, достигающие иногда 1...2 м и более. Вследствие местного увлажнения просадочных грунтов возникают неравномерные осадки сооружений. Следует отметить, что просадки сооружений развиваются не только за счет описанного выше уплотнения грунта, но и в результате уменьшения прочностных характеристик замоченных грунтов и, как следствие, развития зон пластических деформаций в ослабленных грунтах оснований.

При строительстве на просадочных грунтах применяют ряд мероприятий по предотвращению просадок или уменьшению их вредных последствий (рис. 1.36). При небольшой толще просадочных грунтов их прорезают фундаментом или сваями до непросадочной толщи, (рис. 1.36, а). Ряд мероприятий в промышленном и гражданском строительстве направлен на обеспечение предотвращения попадания воды в грунты оснований, наример устройство гидроизоляции, отвод дождевых вод и др. В гидротехническом строительстве избавиться от воды практически невозможно. Только в случае небольших в плане, в основном мелиоративных, сооружений возможно уменьшение поступления воды в нижележащие просадочные грунты путем устройства подушек из уплотненных лёссовых грунтов (рис. 1.36, б). В случае
гидротехнических сооружений все мероприятия направлены на ликвидацию просадочных свойств грунтов. Основные из них: механическое уплотнение (рис. 1.36, в) и предварительное замачивание (рис. 1.36, г, д, е)- Уплотнение может производиться тяжелыми трамбовками и иногда грунтовыми сваями. В последние годы разработан метод уплотнения лёссовых грунтов взрывами при условии их предварительного насыщения водой.[image]

Рис. 1.36. Схемы мероприятий по борьбе с просадками

лёссовых грунтов: а — сваи; б — подушка из уплотненного лёсса; в—уплотнение или закрепление лёссовых грунтов основания; г — предварительное замачивание основания/ д—глубинное замачивание через скважины и траншеи; е — устройство временных осадочных швов с последующим замачиванием основания

Цель замачивания — вызвать просадки до возведения сооружения и поступления воды в водохранилище или канал. Для замачивания основания устраивают обвалования участков (карт) с заливкой их водой (рис. 1.36, г). До постройки канала в лёссовых грунтах иногда устраивается пионерный канал меньшего сечения, который затем заполняется водой. После того как произойдут просадки в уплотнившемся грунте, осуществляют проходку канала на полный профиль.

Предварительное замачивание лёссовых грунтов, к сожалению, не всегда обеспечивает их полную непросадочность при эксплуатационном насыщении водой. Как уже отмечалось (см. рис. 1.35), величина просадки увеличивается с нагрузкой, поэтому если предварительное замачивание производилось при давлении от собственного веса грунта, например а' (см. рис. 1.35), то после возведения сооружения и достижения напряжениями величины о" поступление воды вызовет дополнительную просадку, соответствующую разнице между коэффициентами пористости е и е’пр (см. рис. 1.35). В связи с этим стремятся производить промачивание основания при наибольшем давлении, например, до отрытия котлована через пробуренные водопоглощающие скважины (см. рис. 1.36,5). Дополнительная просадка будет отсутствовать только в случае, если вес затем вынутого из котлована грунта будет равен или больше веса сооружения, что редко встречается. Определенные сложности при предварительном замачивании возникают из-за значительного начального давления просадочности. Верхние слон лёссовых грунтов при этом не дают просадки, поэтому их дополнительно уплотняют трамбованием или взрывами. В некоторых случаях приходится идти на замачивание при возведенном частично или полностью сооружении, которое предварительно разрезается временными осадочными швами
(см. рис. 1.36, е). При замачивании основания происходят полные просадки отдельных жестких блоков без нарушения их целостности, а затем сооружение омоноличивают.

При замачивании ряда глинистых, в основном маловлажных, грунтов наблюдается обратная картина, происходит существенное увеличение их объема — набухание. Процесс набухания глинистых грунтов при их увлажнении определяется в основном увеличением пленок связанной воды и их расклинивающим действием. Кроме того, при наличии таких глинистых минералов, как монтмориллонит, происходит увеличение их объема за счет проникновения воды в межпакетное пространство их кристаллической решетки.

 

Рис. 1.37. Компрессионная кривая набухающего грунта

Способность грунтов к набуханию оценивается в результате увлажнения грунта в компрессионных приборах (рис. 1.37) по величине относительного набухания, определяемой как

Е81И ~ (^наб Л)/А,

где /г„аб — высота образца после его замачивания; Н — высота образца при действующей на него нагрузке.

К набухающим обычно относят глинистые грунты, которые в условиях свободного набухания (без нагрузки) имеют е > 0,04. Относительное набухание возрастает с увеличением плотности скелета грунта и уменьшением влажности грунта до замачивания. С повышением сжимающей нагрузки деформации набухания уменьшаются и минимальное напряжение, при котором прекращается набухание, называется давлением набухания. Давление набухания у некоторых глин может составлять 0,5... 1,0 МПа.

Чтобы сооружение, построенное на набухающих грунтах, при их увлаженении не было приподнято, и не деформировалось при неравномерном набухании грунта, его вес должен быть больше суммы сил набухания. Кроме того, одним из путей борьбы с набуханием является недопущение увлажнения грунтов или, наоборот, предварительное замачивание основания. В ряде случаев особую опасность для ограждающих сооружений представляет развитие бокового давления набухающих при увлажнении грунтов.

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:4223 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:7423 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:4412 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Применение ЭВМ и САПР при проектировании…

Повышение качества и снижение сроков проектирования реконструкции объектов является одним из важнейших факторов ускорения научно-технического прогресса. В процессе проектирования требуется учитывать большое количество конструктивно-планировочных, технических, социологических ...

31-07-2009 Просмотров:12314 Реконструкция промышленных предприятий.

Помилка функції обмірюваних величин

У практиці геодезичних робіт часто виникає необхідність знайти середню квадратичну помилку функції, якщо відомі середні квадратичні помилки її аргументів, і навпаки. Розглянемо функцію загального виду F=f(x,y,z, ..., u) де х, y...

30-05-2011 Просмотров:4290 Інженерна геодезія

Основні схеми взаємодії елементів

ОСНОВНІ СХЕМИ ВЗАЄМОДІЇ ЕЛЕМЕНТІВ ОЗБРОЄННЯ ДОЛОТА З ГІРСЬКОЮ ПОРОДОЮ За принципом взаємодії з гірською породою усі механічні породоруйнуючі інструменти для буріння свердловин можна розділити на три класи: ріжуче-сколююючі, дроблячі і дробляче-сколюючі.   а...

25-09-2011 Просмотров:4009 Механіка гірських порід