СРО дот 9 неделя. Закон ламинарной фильтрации. Просадка грунта. Каким типам грунтового основания характерна просадка

• Название: Закон ламинарной фильтрации. Просадка грунта. Каким типам грунтового основания характерна просадка
• Дата: 25.10.2022
• Размер: 60.79 Kb.
• Имя файла: СРО дот 9 неделя.docx
• Тип: Закон; #752764

Неделя 13

1. 
   Водопроницаемость грунтов Закон ламинарной фильтрации.
   
2. 
   
   Просадка грунта. Каким типам грунтового основания характерна просадка?
   
3. 
   Первый закон механики грунтов.
   
4. 
   Задачи.
   

Определите плотность грунта в сухом состоянии при следующих характеристиках ρ_s-2,63 г/см³, ρ-1,85 г/см³, W - 0.17 , ω_P= 0,27, ω_L=0,3.

1. 
   Водопроницаемость грунтов Закон ламинарной фильтрации.
   

В грунтах часть объема занимают твердые минеральные частицы, а другую часть — поры, которые обусловливают водопроницаемость. Различные виды грунтов обладают разной водопроницаемостью. При прочих равных условиях лучшей водопроницаемостью обладают песчаные грунты и меньшей — глинистые.

Водопроницаемостью грунта называют его способность пропускать через себя свободно-гравитационную воду под действием разности напоров. От водопроницаемости грунтов зависит ряд процессов, влияющих на устойчивость сооружений, в том числе:

• скорость уплотнения основания (грунтов);

• суффозия грунта — перемещение или вынос мелких частиц по порам, образованным более крупными частицами под воздействием фильтрационного потока;

• оползневые явления — перемещение грунтовых масс под действием силы тяжести или внешней нагрузки.

Движение свободно-гравитационной воды в грунтах оснований называется фильтрацией. Фильтрация может происходить по различным направлениям:

Горизонтально рис а;

• вертикально вниз рис б;

• вертикально вверх рис в.



Рис. 5.15. Схемы движения воды в грунтах:

/ — длина или высота образца грунта; АН — разность отметок воды перед входом в образец и выходом из него

Таким образом, движение воды в грунте происходит под действием возникающего в нем градиента напора.

Движение воды в песчаных и глинистых грунтах рассматривается как параллельно-струйное, т.е. имеет ламинарный характер, так как скорость фильтрации в таких грунтах невелика.

Первые эксперименты по изучению фильтрации воды были поставлены французским инженером А. Дарси в 1854 г. Дарси установил, что объем воды V, профильтровавшийся через заполненную песком трубу, пропорционален площади ее поперечного сечения, потерям напора и продолжительности фильтрации

Обобщая, можно сказать, что для движения воды необходим не­который градиент напора, вызываемый теми или иными физиче­скими или физико-хими­ческими причинами.

Напорное движение воды в грунтах изучается как в теории движения грунтовых вод, очень важ­ной для гидротехники, так и в механике грунтов, где величина напоров опреде­ляется не только располо­жением точек грунта от нулевого уровня (рис. 14), но и величиной внешнего давления от сооружения, которое также вызывает напорное движе­ние свободной и рыхлосвязанной поровой воды.

Скорость напорного движения грунтовых вод зависит от разме­ров пор грунта, сопротивлений по пути фильтрации и величины дей­ствующих напоров.

Если линии токов воды (движения частиц воды в потоке) нигде не пересекаются друг с другом, то такое движение называется ламинарным; при наличии же пересечений и завихрений движение будет турбулентным.

В грунтах, как показывают соответствующие опыты (Пуазейля, Дарси, Н. Н. Павловского), в большинстве случаев движение воды будет ламинарным.

Ламинарное движение воды происходит с тем большей скоро­стью, чем больше так называемый гидравлический градиент i или в простейшем случае уклон tgi поверхности уровня грунтовых вод (рис. 14).

Гидравлический градиент равен отношению потери напора H₂- H₁ длине пути фильтрации L, т. е.

i =   (ж₁)

или, вводя обозначение «действующий напор»

Н = Н₂-Н₁

 

 



Рис. 14. Схема фильтрации воды в грунтах

 

будем иметь

i =   (ж₃)

По Дарси, расход воды в единицу времени через единицу площа­ди поперечного сечения грунта, или так называемая(скорость филь­трации v_ф, прямо пропорционален гидравлическому градиенту i, т. e.

v_ф =k_фi (II.14)

где k_ф — коэффициент фильтрации, равный скорости фильтрации при градиенте, равном единице (имеет размерность см/сек, см/год и т. п.).

Экспериментальная зависимость (II.14) скорости фильтрации от гидравлического градиента носит название закона ламинарной фильтрации (Дарси, 1885 г.).

В механике грунтов движение воды изучается, главным образом, при действии напоров, вызываемых в поровой воде внешней нагруз­кой, которая также выражается высотой столба воды, пользуясь зависимостью.

2. 
   
   Просадка грунта. Каким типам грунтового основания характерна просадка?
   

Просадка грунта – это процесс коренного изменения плотности грунта, в определенных местах или на общей площади, причиной которого является избыточное увлажнение вследствие обильных дождей или ошибках сделанных при расчете несущей способности фундамента.

К просадочным грунтам относят те, что имеют неустойчивую физико-механическую форму (наличие большой пористости). Такой грунт имеет высокую пористость, которая при воздействии на него давления или повешенной увлажненности, изменяет свою плотность. Высокую пористость имеет грунт лессы и лессовидные суглинки. Пористость такого грунта составляет до 50%, большая часть грунта имеет пылевидные частицы. Такой грунт в нормальных условиях имеет очень маленькую влажность, поэтому под воздействием дополнительной влаги значительно изменяет свою структуру. Также лессы насыщены карбонаты, которые легко растворимы в воде, что нарушает целость грунта.

При определении уровня просадки выделяют два основных типа:

просадка только от нагрузки объекта;

просадка и от нагрузки, и от собственного веса грунта.

Основная проблема – это не однородность грунта и поэтому проведение расчетов по просадочности необходимо проводить на всей площади как вдоль, так и в глубину. Только с определением показателей по каждому слою можно определить вид фундамента и рассчитать его размеры и глубину закладки.

За счет большого опыта изыскательных работ наша компания проводит все необходимые исследования и самостоятельно определяет необходимые условия строительства фундамента на просадочных грунтах.

В первую очередь определяется относительная просадочность – физико-механическое изменение грунта при увеличении влажности под воздействием нагрузки и собственного веса грунта.

А также расчеты эпюра давления и интерполяция, как основные показатели определяющие условия для возведения фундамента.

Опасность строительства на просадочном грунте заключается в первую очередь в безопасность эксплуатации здания. При просадке возникает изменение надежности опор (изменение уровня на одном или нескольких участках), что нарушает целостность фундамента из-за перелома линии фронта. Такое воздействие на фундамент влечет изменение во всех элементах здания, которые построены на фундаменте. Так стены здания из-за неровности опоры начинают разрушаться, появляются трещины. Возможен обвал одной из частей конструкции или здания в целом.

Просадочными называют пылевато-глинистые грунты, которые при замачивании дают просадку (дополни­тельную вертикальную деформацию) с величиной относительной де­формации e_sl 0,01. В отличие от обычной осадки, просадка приводит к коренному изменению структуры фунта.

Просадка свойственна, прежде всего, лессовым суглинкам и су­песям. Лишь в отдельных случаях она может возникать в пылеватых песках с высокой структурной прочностью, а также в некоторых тех­ногенных грунтах (отходы промышленного производства, насыпные грунты и др.).

Значение лессовых грунтов в строительной практике трудно переоценить. Занимая огромные площади (как правило, в районах наиболее обжитых и густонаселенных), они нередко служат причиной недопустимых деформаций зданий и сооружений. Во многих случаях это связано с недостаточным учетом их специфических особенностей и в первую очередь — просадочности.

3. 
   Первый закон механики грунтов.
   

Механические свойства грунтов Под механическими свойствами подразумеваются прочностные и деформационные свойства грунта. Прочностные свойства грунта – характеризуют силы сопротивления грунта сдвигу при действии на него внешних силовых воздействий. Деформационные свойства грунта характеризуют способность грунта изменять объем и форму по мере передачи на него давления. Особенности механических свойств дисперсных тел Фундаменты зданий и сооружений оказывают различное силовое воздействие на грунтовое основание. Это вызывает напряжения в грунтовом массиве под действием которых грунт деформируется. Характер деформирования грунта и величина деформаций зависит от направления и интенсивности внутренних усилий (напряжений) в грунте. Основные закономерности механики грунтов Расчет оснований и фундаментов выполняется с использованием законов механики грунтов, которые, как правило, формулируются на основании анализа результатов экспериментальных исследований. Законы механики грунтов устанавливают зависимость между различными параметрами механического состояния грунта. К примеру, между напряжениями и деформациями, между касательными и нормальными напряжениями, между скоростью фильтрации воды через грунт и градиентом напора. Основные закономерности механики грунтов Свойство Закон Показатели Применение 1. Деформационные свойства Закон уплотнения mv - коэффициент относительной сжимаемости, Eo - модуль общих деформаций При расчёте оснований по второй группе предельных состояний или по деформациям 2. Прочностные свойства Закон Кулона φ- угол внутреннего трения, с - удельное сцепление При расчёте устойчивости основания, 1-я группа пред. состояний 3. Водопроницаемость Закон Дарси kf - коэффициент фильтрации, cv - коэффициент консолидации Расчёт осадок основания во времени, другие фильтрационные расчеты Сжимаемость грунтов Сжимаемость грунтов – свойство грунтов изменять свой первоначальный объём за счёт перекомпоновки частиц и уменьшения пористости. Исследование сжимаемости грунта в лабораторных условиях производится в компрессионных приборах - называемых одометрами.

4. 
   Задача
   

Определите плотность грунта в сухом состоянии при следующих характеристиках ρ_s-2,63 г/см³, ρ-1,85 г/см³, W – 0,17 , ω_P= 0,27, ω_L=0,3.

Плотность сухого грунта, г/см³ (т/м³), определяется по формуле:

ρ_d = ρ/(1 + w) = 1.85/ (1+0,17) =1,59 г/см³

Влажность грунта определяеться поформуле:

ω= ρ- ρ_d / ρ_d = 1,85-1,59/1,59 =0,17

Пористость %, определяется по формуле:

n = (1 – ρ_d /ρ_s)100 = (1-1,59/2,63)*100 = 161%

Коэффициент пористости, определяется по формуле:

e = (ρ_s – ρ_d)/ρ_d =(2,63-1,59)/1,59 = 0,65

Число пластичности, определяется по формуле:

I_p = ω_L – ω_p = 0,3-0,27 = 0,06

Показатель текучести, определяется по формуле:

I_L = (ω – ω_p)/(ω_L – ω_p) = (0,17-0,27)/(0,3-0,27) = 3,3