Зачет Механика грунтов. Закон уплотнения грунтов (компрессионная зависимость). Компрессионная кривая график изменения коэффициента пористости грунта с изменением уплотняющего давления. Примерный вид приведен на рис. 3

• Название: Закон уплотнения грунтов (компрессионная зависимость). Компрессионная кривая график изменения коэффициента пористости грунта с изменением уплотняющего давления. Примерный вид приведен на рис. 3
• Анкор: Зачет Механика грунтов
• Дата: 07.12.2022
• Размер: 5.27 Mb.
• Имя файла: zachet_grunty.docx
• Тип: Закон; #833501
• страница: 5 из 5

44. Устойчивость прислоненного откоса. Меры борьбы с оползнями.

Прислоненный откос – откос, образуемый рыхлыми, насыпными грунтами, отсыпаемыми на более плотные, слежавшиеся грунты или на скальные породы. В естественных условиях прислоненные откосы встречаются в гористой местности как результат выветривания горных пород и скапливания продуктов выветривания на склонах гор.

Прислоненные откосы техногенного происхождения образуются в местах засыпки склонов оврагов различным грунтом или строительным мусором. Расчет устойчивости прислоненных откосов и склонов любого очертания широко используется при проектировании сооружений на склонах и уширении земляных сооружений: дамб, насыпей и т. п.

Коэффициент устойчивости прислоненного массива в этом случае может быть определен из уравнений равновесия, если разбить массив на ряд отсеков так, чтобы в пределах отдельных отсеков поверхность скольжения была бы плоской и проходила по фиксированной поверхности более плотных ненарушенных пород. Для любых отсеков достаточно просто определяется и так называемое оползневое давление E_i, величина которого необходима для проектирования противооползневых ограждений.

Рассмотрим условие равновесия i-ro отсека (например, второго, рис. 4.19).

Все внешние силы, включая нагрузку, приложенную к поверхности отсека, собственный вес грунта в объеме отсека и пр., приводим к одной равнодействующей Q_i. Раскладываем далее равнодействующую внешних сил в ее точке приложения на нормальную N_i и касательную Т_i составляющие к фиксированной плоскости скольжения nm.

Если откос или склон подвержен еще действию сейсмических сил, отклоняющих равнодействующую внешних сил от вертикали на некоторый угол θ_i, то получим



При направлении поверхности скольжения nm в сторону возможного сползания отсека значения углов α_i берутся со знаком плюс, так же как и углов θ_i, отклоняющих равнодействующую Q_i в сторону сползания.



Заменим действие соседних (с рассматриваемым) отсеков силами оползневого давления E_i и E_i–1 (рис. 4.19), направленных под углами β_i–1 и β_i между боковыми гранями отсека и нормалями к ним. Обозначим нормальную составляющую реакции основания отсека nm через R_i и проектируя все силы на нормаль к основанию отсека и на направление самого отсека, получим:



Подставив во второе выражение значение R_i и умножив значение сдвигающей силы T_i на коэффициент устойчивости η, получим



Решая данное уравнение относительно E_i и принимая во внимание, что



получим



Для отсеков, у которых T_i=T_iсдв, значение Т_iуд принимают равным нулю.

Вычисления при определении E_i начинают с верхнего отсека (1 по рис. 4.19), для которого E_i–1=0.

Изложенный способ позволяет установить отсек (по профилю), где наиболее целесообразно расположить противооползневые подпорные сооружения (в местах наименьших E_i и не очень большой оползневой толщи), например по рис. 4.19 в конце третьего отсека.

Если оползневый склон или прислоненный откос будет смещаться как одно целое и контактные силы трения и сцепления между отсеками не будут мобилизованы, то следует положить β_i=0; в других случаях можно полагать β_i и β_i–1 равными соответствующим углам внутреннего трения грунта.

Основными мерами по увеличению устойчивости массивов грунта и борьбе с оползнями будут:

1) восстановление и усиление естественных упоров оползающих масс (укрепление берегов от размывов, устройство волнобойных сооружений, применение удерживающих подпорных стен, ограждений, направляющих селевые потоки, и пр.);

2) регулирование водного режима грунтовых масс (осушение оползневых участков, устройство поверхностного водоотвода и спрямление водотоков, применение глубинного горизонтального и вертикального дренажей и пр.);

3) уменьшение градиента нагрузок (уполаживание откосов по расчетам, базирующимся на опытном определении сопротивления грунтов сдвигу; уменьшение внешних нагрузок и пр.).

45. Понятие об активном давлении и пассивном отпоре грунта.

Активным давлением называется давление грунта на конструкцию (подпорную стенку). В этом случае конструкция воспринимает давление грунта и может получить наиболее вероятные смещения.

Пассивное давление или отпор в грунте возникает тогда, когда конструкция оказывает давление на грунт (опорный фундамент арки).

Поверхности скольжения для определения устойчивости подпорных стен и фундаментов строят на основе теории предельного равновесия. В этом случае, как известно, поверхности скольжения ориентированы под углом 45° - φ/2 к линии действия главных нормальных напряжений (граф.метод)

в ыражение для активного давления грунта на вертикальную подпорную стенку при горизонтальной отсыпке:

Пассивный отпор грунта (если стенка будет оказывать давление на грунт) в этом случае может быть определен выражением:

46. Учет сцепления при определении давления грунта на подпорную стенку.

С цепление глинистого грунта заменяем эквивалентным давлением РЕ - давлением связности.

Тогда из условия сопротивления грунта сдвигу, можно записать:





В ертикальное давление РЕ – заменяем некоторым фиктивным слоем грунта h

и получим:

глинистый грунт за счёт проявления характеристики сцепления, будет оказывать на подпорную стенку давление, меньшее по сравнению с песчаным грунтом.

47. Свойства лёссовидных макропористых грунтов

Лёссовые грунты по составу, структурно-текстурным признакам, а, следовательно, и механическим свойствам существенно отличаются от всех других горных пород. Твердые частицы лёссовых грунтов на 80-90% состоят из кварца, полевого шпата и растворимых минералов. По крупности до 60%, иногда даже до 90% твердых частиц относится к пылеватым, остальные - к глинистым, лишь малая часть – к песчаным фракциям. По гранулометрическому составу и числу пластичности лёссовые грунты относятся к пылеватым супесям и суглинкам. Влажность лёссовых грунтов в естественном состоянии обычно не превышает 0,08…0,16, степень влажность менее 0,5, пористость – 0,4…0,5. У лёссовых грунтов размер пор значительно превышает размер частиц грунта. Именно в связи с таким соотношением диаметра пор и диаметр частиц лёссовые грунты называют макропористыми.

а).Просадочность лессовых грунтов.

Просадочность лессового грунта зависит от его состава, структуры, физического и напряженного состояний. Поэтому для каждого слоя лессового грунта определяют относительную просадочность при давлениях, которые грунт будет испытывать в основании сооружения. Увлажнение лёссов приводит к растворению цементационных связей и разрушению его макропористой текстуры. Это сопровождается резкой потерей прочности грунта, значительными и быстро развивающимися деформациями уплотнения – просадками. Поэтому лёссовые грунты называют просадочными. Если же лессовые грунты имеют агрегаты частиц, сцементированные не растворяющимися в воде солями, то при замачивании эти грунты, просадок не дают. Чтобы нарушить структурные связи в лессовых грунтах, одного замачивания недостаточно, необходимо приложить некоторой величины нагрузку, различную для различной степени сцементированности лессовых грунтов. Просадочность грунта при замачивании водой оценивается величиной относительной просадочности:



Где - высота образца грунта природной влажности при давлении p, равном вертикальному напряжению на глубине z от собственного веса грунта и дополнительного напряжения ; - высота того же образца после замачивания его до полного водонасыщения; - высота этого образца природной влажности, обжатого давлением, равным напряжению от собственного веса грунта рассматриваемого на глубине z.

б).Плотность. Плотность лессовых грунтов в природном состоянии изменяется от 1,28 до 2,11 г/см³ и зависит от влажности. Лессовые грунты с плотностью скелета менее 1,55 г/см³ и залегающие выше подземных вод обычно являются просадочными.

в).Пористость. Для лессовых грунтов характерно наличие макропор, которые достигают нескольких миллиметров в диаметре. Они составляют 6-8% от общего объема пор. Суммарная пористость лессовидных грунтов варьирует в пределах 0,30-0,66.

г).Пластичность. Влажность на границе раскатывания лессовых грунтов является границей, при достижении которой наблюдается резкое снижение сопротивления сдвигу грунтов и понижение модуля деформации. Как правило, значение границы раскатывания находится в пределах 0,12-0,18. Величина влажности на границе текучести для лессовых грунтов изменяется в основном от 0,22 до 0,34.

д).Сопротивление уплотнению. Обычно для расчетов деформации грунтового основания в тех случаях, когда не будет замачивания грунтов в результате специальных водозащитных мероприятий, используют модуль деформации, определенный при естественной влажности. Модуль деформации зависит от влажности. При обводнении лессовых грунтов до начала строительства определяю характеристики сжимаемости грунтов в водонасыщенном состоянии.

е).Сопротивление сдвигу. При исследовании прочностных свойств характеристики φ и с определяются для трех состояний грунта (природной влажности, для грунта в процессе проявления просадки при замачивании, для водонасыщенного). После завершения процесса просадки, значения прочностных характеристик грунта постепенно возрастают.

ж). Водопроницаемость. Фильтрационные свойства этих грунтов обусловлены наличием макропор и содержанием глинистых частиц. Наличие макропор и вертикальных цилиндрических пустот обуславливает их фильтрационную анизотропию(различие св-в среды): водопроницаемость в вертикальном направлении в природном состоянии грунта больше, чем в горизонтальном.

.

48. Свойства мерзлых и вечномерзлых грунтов.

Мерзлые и вечномерзлые грунты в зависимости от их температуры и длительности ее действия делят на немерзлые (талые), мерзлые и вечно-мерзлые.

Мерзлыми называются грунтыс отрицательной температурой, в которых часть поровой воды находится в замерзшем состоянии (в виде кристаллов льда). Мерзлые грунты являются четырехкомпонентными системами, в которых кроме твердой, жидкой и газообразной фаз существует лед.

Слой сезонного оттаивания называется деятельным слоем. Ниже располагается толща вечномерзлого грунта. Подземные воды в районах распространения вечномерзлых грунтов образуют три горизонта: надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные воды. Мерзлые и вечномерзлые грунты отличаются характерной морозной текстурой, обусловленной содержанием и распространением в них льда.



а) слитная; б) слоистая; в) сетчатая (мерзлые гр)

Физические свойства:

Мерзлый грунт-4х фазная система, содержащая минеральные частицы, воздух, воду и лед. Лед цементирует минеральные частицы и придает грунту новые физические и механические свойства. Они в значительной мере зависят от температуры. Из-за различной связности поровой воды с минеральным скелетом и разницы в минералогическом составе, засоленности, температура начала замерзания грунтов различна и определяется лабораторными методами.

1. 
   Содержание незамёрзшей воды в мерзлых грунтах. При температуре начала замерзания грунта не вся вода переходит в лед. Наиболее существенное изменение содержания незамерзшей воды происходит в области значительных фазовых переходов. (0..-5˚С). Как видно из кривых, чем дисперснее (глинистее) грунт, тем больше незамерзшей воды при данной отрицательной температуре он содержит.
   

1-песок, 2-супесь, 3-суглинок, 4- покровная глина, 5-глина.

2. Характеристика физического состояния мерзлых грунтов. Для этого экспериментальным путем определяются 4 основные характеристики: плотность мерзлого грунта естественной структуры, плотность твердых минеральных частиц, суммарная влажность грунта, влажность мерзлого грунта за счет незамерзшей воды.

3. Классификация мерзлых грунтов по льдистости и температуре. Различают сильнольдистые, среднельдистые и слабольдистые грунты. Ледяные включения, количественно определяемые льдистостью, дают представление о величине осадки грунта после оттаивания под действием собственного веса.

В зависимости от температуры мерзлых грунтов изменяется их сжимаемость под нагрузкой. На этом основании они подразделяются на твердомерзлые, пластично-мерзлые и сыпуче-мерзлые. Чем более твердый грунт, тем меньше коэффициент сжимаемости.

Механические свойства мерзлых грунтов:

Эти свойства зависят от состава и физического состояния, температуры, характера и продолжительности действия нагрузки.

1. 
   Прочность мерзлых грунтов. При проектировании зданий и сооружений используются значения предельно-длительной прочности мерзлых грунтов , которые значительно меньше мгновенной прочности. Характер изменения временной прочности зависит от температуры, состава и состояния грунта. Предельно-длительное сопротивление мерзлых грунтов в 5-10 раз меньше временного сопротивления.
   
2. 
   Сжимаемость мерзлых грунтов
   
3. 
   Прочностные и деформационные свойства мерзлых грунтов при оттаивании
   

Механические характеристики мёрзлых грунтов изучаются для назначения расчётных характеристик прочности и деформируемости, получения зависимостей, описывающих поведение грунтов под нагрузками, при изменении температуры, воздействии криогенных процессов и др.

49. Явления, происходящие при промерзании грунтов. Физические и механические св-ва мерзлых грунтов(48вопр).

Температура является наиболее активным и изменяющимся параметром, характеризующее тепловое и физическое состояния мерзлых грунтов и их изменения. Изменение температуры приводит к таким процессам, как замерзание или оттаивание грунтов, миграция влаги к фронту промерзания, морозное пучение грунта, образование наледей, морозобойных трещин, сползания грунта по склонам (солифлюкция), поверхностные оползни.

1. 
   Миграция. Процесс миграции влаги из нижних горизонтов к фронту промерзания обусловлен сложным, до конца не изученным комплексом развития сил различной природы. Миграция влаги зависит главным образом от движения воды по пленкам, окружающим твердые частицы.
   
2. 
   Морозное пучение грунта. Это увеличение объема промерзающего грунта из-за объемного расширения при переходе воды в лед. Интенсивность пучения зависит от таких факторов, как состав и состояние грунта, скорость и продолжительность промерзания, расположение уровня подземных вод по отношению к границе промерзания, внешнего давление и т.д.
   
3. 
   Наледи. Бугры пучения. При наличии подземных вод образуются поверхностные и грунтовые наледи (замерзание воды между слоями грунта). Наледи и бугры пучения бывают сезонные и многолетние. Многолетние бугры пучения могут достигать высоты в 8-12м.
   
4. 
   Криогенное (морозобойное) растрескивание грунтов. Трещины в деятельном слое (слой сезонн.оттаивания) образуются вследствие неравномерного уменьшения объема грунта при охлаждении. Трещины проникают в слой вечномерзлого грунта, создавая условия для образования в них трещинных льдов и особых форм рельефа.
   
5. 
   Солифлюкция. Медленное сползание грунта по склонам, возникающее под влиянием попеременного промерзания и протаивания почв, действия силы тяжести,миграции влаги, смены фаз воды, пучения и усадки при промерзании и протаивании. 
   
6. 
   Ледяные клинья в вечномерзлой толще. Возникают при попадании в трещины воды и последующих циклах ее замерзания и оттаивания, что приводит к развитию систем ледяных клиньев, протяженность которых иногда достигает 40м при поперечном размере до 6-8м.
   

50. Свойства рыхлых песков, чувствительных глин, набухающих грунтов.

Гравелистые, крупные и средней крупности пески относят к рыхлым при коэффициенте пористости е > 0,7, пылеватые - при е > 0,8, мелкие – при е > 0,75. Рыхлое состояние часто соответствует мерзлым пескам после оттаивания. При статическом нагружении рыхлые пески достаточно прочны и малосжимаемы. Структура рыхлых песков легко нарушается при динамических воздействиях. Характерная особенность – способность переходить в разжиженное состояние.

Чувствительные глины обладают высокой степенью влажности. Они обладают способностью легко разжижаться в результате нарушения структуры при относительно незначительных нагрузках или встряхивании. К ним относятся илистые глины, некоторые разновидности ленточных глин. Оценка влияния структурных связей на механ.свойства производится по величине индекса чувствительности IF = τˈu/τˈˈu , где τˈu,τˈˈu - предельные сопротивления грунта сдвигу соответственно при ненарушенной и нарушенной структурах. Индекс колеблется от 2 до 4 в большинстве случаев, для очень чувствительных достигает 8.

К набухающим грунтам относятся глинистые грунты, которые при замачивании увеличиваются в объеме – набухают. При последующем понижении влажности грунтов происходит обратный процесс – усадка. Значительно набухают глины, содержащие большое количество частиц глинистого монтмориллонита.