Определение характеристик сжимаемости грунтов

Наиболее важным деформационным свойством грунтов является их cжимаемость. Сжимаемостью грунтов называется их способность уменьшаться в объеме под действием внешней нагрузки. Сжимаемость зависит от пористости грунтов, гранулометрического и минералогического состава, природы внутренних структурных связей и характера нагрузки. На скорость сжимаемости (стабилизацию осадки) также влияют мощность сжимаемой толщи, влажность грунта, величина коэффициента фильтрации. Стабилизация осадки в песчаных грунтах протекает в относительно короткий период – от нескольких суток до нескольких недель, а в пылевато-глинистых грунтах – от нескольких месяцев до десятков лет.

Характеристиками сжимаемости являются: коэффициент сжимаемости а₀ , МПа^-1; коэффициент относительной сжимаемости а_V, МПа ^-1; модуль общей деформации Е₀ , МПа, и структурная прочность грунта Р_стр , МПа.

Одним из способов определения характеристик сжимаемости в лабораторных условиях являются компрессионные испытания. Это испытания грунта в условиях одноосного сжатия без возможности бокового расширения. Компрессионное сжатие моделирует процесс уплотнения грунта под центром фундамента. Компрессионные испытания грунтов производят в одометрах – приборах с жесткими металлическими стенками, препятствующими боковому расширению грунта при сжатии его вертикальной нагрузкой. При испытаниях происходит уплотнение грунта за счет уменьшения объема пор и влажности. Для оценки сжимаемости грунта строят график зависимости коэффициента пористости от вертикального давления, получают так называемую компрессионную кривую (рис. 6).

Компрессионная зависимость состоит из 2-х ветвей: кривой уплотнения и кривой набухания. Кривая набухания получается при разгрузке первоначально сжатого образца. В этом случае будет происходить увеличение объема и пористости образца. Увеличение объема грунта при снятии нагрузки характеризует упругие деформации, а разность между

Рис. 6. Компрессионная кривая

первоначальным объемом и объемом образца после разгрузки –остаточные деформации.

Рекомендуемый Нормами [14] расчет осадки фундаментов основывается на применении закона Гука, поэтому во многих случаях, в пределах небольших изменений давлений, компрессионная кривая сравнительно близка к секущей прямой (хорде) АВ. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс характеризует сжимаемость грунта и называется коэффициентом сжимаемости а₀.

Коэффициент сжимаемости а₀ есть отношение изменения коэффициента пористости к разности давлений, описываемое формулой

, ( 18 )

где е₁ - значение коэффициента пористости при давлении p₁; е₂ - значение коэффициента пористости при давлении p₂.

Коэффициентом относительной сжимаемости называется относительная деформация, приходящаяся на единицу давления, которая определяется по формуле

, ( 19 )

где S_i - деформация (осадка) образца грунта при изменении давления от 0 до p_i по компрессионной кривой, мм; h - первоначальная высота образца грунта, мм; е₀ - начальное значение коэффициента пористости.

Кроме коэффициентов сжимаемости, по результатам компрессионных испытаний может быть определен модуль общей деформации грунта E₀, МПа, по следующей формуле:

, ( 20 )

где b - поправка, учитывающая отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе (функция коэффициента Пуассона).

Модулем общих деформаций называется коэффициент пропорциональности между относительной деформацией и вертикальным давлением. Модуль общей деформации используется при расчете осадок фундаментов.