Физико-механические свойства грунтов

Физико-химические свойства

Пластичность грунтов

Показатели:

Верхний предел пластичности W_L -влажность, при превышении которой грунт начинает течь;

Нижний предел пластичности W_P -влажностью между полутвердым и пластичным состоянием.;

Число пластичности I_Р=W_L -W_P ;

Показатель текучести I_T =(W- W_P)/( I_Р).

Определение:

Нижний предел пластичности – Влажность, при которой при раскатывании в шнур, диаметром 2 мм грунт раскатывается в шнур;

Верхний предел пластичности – определение с помощью конуса Васильева

Балансовый конус для определения верхнего предела пластичности

Набухаемость грунтов

Показатели:

Относительное набухание ε_st –отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения(h-h₀) к начальной высоте образцаh₀ при природной влажности.ε_st =(h-h₀)/h₀;

Влажность набухания – влажность, при которой наблюдается максимальное свободное набухание;

Давление набухания – давление, которое развивается при набухании.

Определение:

Прибор для определения свободного набухания грунта

Усадочность (усадка) грунтов

Показатели:

Усадкой грунта называется уменьшение его объема в результате удаления воды при высыхании или под влиянием физико-химических процессов (осмос).

Линейная усадка – уменьшение линейных размеров образца в результате усадки ΔL=(d-d₁)/ d, где d и d₁начальный и конечный линейный размер образца соответственно;

Объемная усадка - уменьшение объемных размеров образца в результате усадки ΔV=(V-V₁)/ V, где V и V₁начальный и конечный объемный размер образца соответственно;

Влажность предела усадки W_пу – это величина влажности, при которой усадка прекращается. Рассчитывается как величина весовой влажности.

Определение:

Определение линейной усадки грунта

Определение объемной усадки грунта

Физико-механические свойства грунтов

Деформационные свойства поведение грунта под нагрузкой до момента разрушения

Компрессия

Компрессия– сжатие без возможности бокового расширения.

Показатели:

Коэффициент уплотнения – отношение изменения коэффициента пористости к разности напряжений, вызвавших эти изменения: а =Δε/Δσ.Коэффициент уплотнения измеряется в МПа^-1.

Модуль компрессионной деформации Е_к является количественной характеристикой сжимаемости грунтов при компрессионных испытаниях и величиной, обратной коэффициенту уплотнения: Е_к = 1/а = Δσ/Δε, МПа.

Модуль общей деформации или просто модуль деформации Е характеризует деформационное поведение грунта в условиях возможности бокового расширения при условии присутствия упругих и остаточных деформаций. В практике инженерно-геологических исследований модуль деформации рассчитывают по формуле:Е = β(1+ε₀)/а, где β –множитель для перехода от сжатия (без возможности бокового расширения) при компрессионных испытаниях к сжатию, имеющему место в натуре; численно его принимают равным для песков 0,8; для супесей 0,7; для суглинков 0,5; для глин 0,4.

Модуль осадки е_р –величина непосредственного вертикального сжатия столба грунта высотой в 1 м при приложении к нему дополнительной нагрузки σ=0,3 МПа (Маслов Н.Н.). е_р = 1000 Δh/hмиллиметров на метр.

Определение:

Прибор Н.Н.Маслова для компрессионных испытаний грунтов

Порядок расчета

1. По таблице 2.10 рассчитать значения плотности скелета грунта и коэффициента пористости ε₀ для своего варианта;

2. Пользуясь таблицей 2.11, рассчитать значения коэффициента пористости для каждой удельной нагрузки по формуле: ε_i = ε₀ - Δh(1+ε₀)/h;

3. Построить график зависимости коэффициента пористости от нагрузки ε=f(σ);

4. С графика, для участка наибольшего наклона кривой в соответствующем интервале нагрузок определить коэффициент уплотнения;

5. Все остальные показатели определить на основании предыдущих расчетов с учетом характеристик грунта (таблица 2.10) .

Просадочность (просадка) грунтов

Просадочность – резкая деформация (уменьшение объема) грунта при увлажнении. Понятие относится только к лессам.

Показатели:

Относительная просадочность δ_пр – представляет собой отношение изменения толщины слоя грунта (высоты образца) в результате замачивания при заданном вертикальном давлении к его толщине в природном залегании (высоте образца при природном давлении). Относительная просадочность определяется по формуле:

δ_пр =(h′-h_пр)/ h₀,

где h′-–высота образца грунта природной влажности, обжатого без возможности бокового расширения при давлении испытания, h_пр - высота того же образца после замачивания его до полного водонасыщения при сохранении давления замачивания, h₀ - 10мм.

Макропористость характеризуется разностью значений пористости до и после просадки в результате увлажнения под нагрузкой. Для расчета макропористости подсчитать значения коэффициента пористости по формуле:ε = ε₀ -Δh(1+ε₀)/h до и после просадки и соответственно значения пористости через коэффициент пористости и соответственно значения пористости по формуле: n= ε/(1+ ε).Разница в значениях пористости отвечает макропористости лессового грунта.

Определение: Компрессионные приборы с замачиванием снизу

Порядок расчета

1.Расчитать значение относительной деформации для каждой нагрузки;

2. Построить график зависимости относительной деформации от нагрузки;

Вид графика зависимости относительной деформации от нагрузки

3. Рассчитать относительную просадочность и макропористость.

Прочностные свойства грунтов.

Сопротивление грунта сдвигу

Сдвиг - это минимальное касательное напряжение, вызывающее незатухающее смещение при фиксированной нормальной нагрузке. Соотношение нормальных и касательных напряжений при сдвиге определяется законом Кулона, который выражается зависимостью: τ =σ tgφ+c.

τ-величина касательных напряжений в МПа,

σ - величина нормальных напряжений в МПа,

φ – угол внутреннего трения в градусах,

c –сцепление в МПа.

Схема сдвига грунта

Сопротивление грунта сдвигу. 1- песчаный грунт, 2-глинистый грунт.

Определение:

Принципиальная схема установки для определения сопротивления сдвигу оттаивающего грунта на контакте с мерзлым грунтом ГОСТ Р 53582-2009 «Грунты. Метод определения сопротивления сдвигу оттаивающих грунтов». 1- индикатор часового типа для измерений деформаций сдвига; 2 - подвижная обойма; 3 - неподвижная обойма; 4 - устройство для создания и регулирования температуры теплового штампа; 5 - индикаторы часового типа для измерения деформации осадки; 6 - вертикальная нагрузка; 7 - тепловой штамп; 8 - оттаявший грунт; 9 - плоскость среза; 10 - приконтактный слой (оттаивающий грунт); 11- граница раздела оттаивающего и мерзлого грунта; 12 - мерзлый грунт; Р - сдвигающая нагрузка.

Порядок расчета

1. Построить график зависимости сопротивления сдвига от нормальной нагрузки и спрямить полученную кривую. Для упрощения определения показателей масштабы осей координат должны быть одинаковыми.

2. При соблюдении равного масштаба, снять с графика значение сцепления, которое равно значению, соответствующему пересечение прямой с осью ординат (С) и транспортиром замерить угол наклона прямой (φ).