40818

ПРИРОДА І ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГРУНТІВ

Лекция

География, геология и геодезия

В розділі природа і фізичні властивості грунтів розглядаються інженерногеологічні дослідження фізичні і механічні властивості дисперсних середовищ а також фізикомеханічні процеси взаємодії твердої рідкої і газоподібної складових ґрунту. 4 – несучий шар ґрунту 5 – підстилаючий шар. Глибина закладення фундаменту це відстань по вертикалі між поверхнею ґрунту і підошвою фундаменту. За конструктивними і технологічними особливостями влаштування фундаменти бувають: мілкого закладення передають навантаження на основу через свою підошву і...

Украинкский

2013-10-22

565.59 KB

38 чел.

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ВОДНОГО

ГОСПОДАРСТВА ТА ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

Кафедра автомобільних доріг, основ і фундаментів

 

 053-100

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

“основи і фундаменти”

для студентів за напрямом підготовки 6.060101 "Будівництво", професійного спрямування “Промислове та цивільне будівництво”

денної та заочної форм навчання

Рекомендовано методичною комісією

за напрямом підготовки

6.060101 „Будівництво”

протокол № 6 від 04 квітня 2012р.

PIBHE – 2012

Конспект лекцій “Основи і фундаменти“ для студентів за напрямом підготовки 6.060101 "Будівництво", професійного спрямування “Промислове та цивільне будівництво” денної та заочної форм навчання /М.О.Фурсович, - Рівне: НУВГП, 2012, - __ с.

Упорядник: М.О.Фурсович, канд. техн. наук, доцент.

Відповідальний за випуск: В.А.Гайдукевич, канд. техн. наук, доцент, завідувач кафедри автомобільних доріг, основ і фундаментів.

З М І С Т

стор.

Вступ   ……………………………………………………………………………………

3

Розділ І. ПРИРОДА І ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГРУНТІВ

Тема 1. Основні відомості про Землю і гірські породи

1.1. Походження грунтів   ……………………………………………...

5

1.2. Складові компоненти грунтів   …………………………………...

5

1.3. Структурні зв‘язки грунту   ……………………………………….

6

1.4. Структура і текстура грунту   …………………………………….

6

Тема 2. ФІЗИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТІВ

2.1. Інженерно-геологічні вишукування   …………………………….

7

2.2. Фізичні показники грунтів   ………………………………………

8

2.3. Щільність будови грунтів   ………………………………………

11

2.4. Зерновий склад грунтів   …………………………………………..

12

2.5. Консистенція глинистих грунтів   ………………………………..

13

2.6. Класифікація грунтів   …………………………………………….

14

Тема 3. МІЦНІСНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТУ

3.1. Опір грунтів зсуву   ………………………………………………..

15

3.2. Ефективний і нейтральний тиск   ………………………………...

16

3.3. Стабілометричні випробування   …………………………………

17

Тема 4. МОДУЛЬ ДЕФОРМАЦІЇ ГРУНТУ

4.1. Компресійні дослідження   ………………………………………..

18

4.2. Стабілометричні випробування   …………………………………

20

4.3. Метод штампових випробувань   …………………………………

20

Тема 5. ВОДОПРОНИКНІСТЬ ГРУНТУ

5.1. Коефіцієнт фільтрації грунту   ……………………………………

22

5.2. Початковий градієнт напору   …………………………………….

23

Тема 6. ОСОБЛИВОСТІ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

            ДЕЯКИХ СТРУКТУРНО-НЕСТІЙКИХ І ОСОБЛИВИХ ГРУНТІВ

6.1. Просідаючі грунти та їх властивості   ……………………………

24

6.2. Набухаючі грунти та їх властивості   …………………………….

25

Література   …………………………………………………………………..

Фурсович М.О., 2012

НУВГП, 2012

ВСТУП

Значення і зміст дисципліни. Надійність та економічність будівництва споруд залежить значною мірою від правильного вибору та розрахунку будівельних конструкцій, в тому числі основ і фундаментів. Надійність основ і фундаментів та здешевлення робіт по їх влаштуванню, в свою чергу, залежить від вміння правильно оцінювати інженерно-геологічні умови будівельних майданчиків, властивості ґрунтів основ і сумісну роботу цих ґрунтів з фундаментами та надземними конструкціями будівлі, від раціональності вибраних типів основ і фундаментів і розмірів останніх, від якості виконання робіт.

Як відомо, кошторисна вартість зведення підземних частин будівель і споруд для звичайних ґрунтових умов становить від 10 до 25% кошторисної вартості споруди. У складних інженерно-геологічних умовах частка нульового циклу досягає 40-45% кошторисної вартості всієї споруди.

Згідно з світовою статистикою 80% аварій будівель і споруд відбувається через різні недоліки й помилки при проектуванні, будівництві та експлуатації основ і фундаментів. Витрати на усунення цих аварій, як правило, набагато більші за початкову вартість будівництва.

Завдання, які стоять перед сучасним фундаментобудуванням: з одного боку – зниження вартості та матеріаломісткості основ і фундаментів, а з другого - підвищення їх надійності.

Теорія і практика поставлених завдань розглядається в курсі “Механіка ґрунтів основи і фундаменти”, який складається з трьох розділів природа і фізичні властивості ґрунтів; механіка ґрунтів основи і фундаменти.

В розділі природа і фізичні властивості грунтів розглядаються інженерно-геологічні дослідження, фізичні і механічні властивості дисперсних середовищ, а також фізико-механічні процеси взаємодії твердої, рідкої і газоподібної складових ґрунту. Розділ механіка ґрунтів вивчає напружено - деформівний стан, міцність і стійкість ґрунтів. Механіка ґрунтів є теоретичною базою для проведення розрахунків ґрунтових основ. В розділі основи і фундаменти розглядаються розрахунки, проектування та будівництво фундаментів як частини споруди.

Курс “Механіка ґрунтів основи і фундаменти” для інженера-будівельника є профілюючим. Він поряд з курсами “Будівельна механіка”, “Архітектура будівель і споруд”, “Інженерні конструкції”, “Будівельні вироби і матеріали” дозволить майбутньому інженеру-будівельнику, після вивчення матеріалу, викладеного в даному конспекті, правильно оцінити інженерно-геологічні умови будівельного майданчика, проектувати основи і фундаменти і виконувати роботи по їх влаштуванню.

Основні визначення. Ґрунти - це гірські породи та техногенні утворення, які є об’єктом інженерно-господарської діяльності людини і можуть слугувати основами, середовищем і матеріалами для різних будівель і споруд.

Основи - це шари ґрунтів, що сприймають навантаження від фундаментів будівель і споруд. Розрізняють природні та штучні основи. Природна основа має місце в тому випадку, коли її не потрібно поліпшувати. Штучна основа - якщо грунт в природному стані непридатний для сприйняття діючого навантаження і необхідне його поліпшення.

Фундамент - підземна або підводна частина будівлі чи споруди, що передає навантаження на основу. Надземні конструкції 1 (рис.1) опираються на верхню площину фундаменту 2, яка називається обрізом. Нижню площину фундаменту  3 називають підошвою. 4несучий шар ґрунту, 5підстилаючий шар.

Глибина закладення фундаменту - це відстань по вертикалі між поверхнею ґрунту і підошвою фундаменту.

За конструктивними і технологічними особливостями влаштування фундаменти бувають: мілкого закладення - передають навантаження на основу через свою підошву і споруджуються у відкритих котлованах з попереднім вийманням ґрунту; пальові фундаменти - опираються на відносно довгі вертикальні або малопохилі стержні - палі; глибокого закладення - занурюються в грунт з одночасним вийманням ґрунту з під них (опускні колодязі, кесони, стіна в ґрунті). Всі ці типи фундаментів можуть бути стрічковими, стовпчатими, плитними.

Стрічкові фундаменти приймаються під безперервні стіни; стовпчаті фундаменти - під колони та стіни (в комбінації з балками); плитні фундаменти - у вигляді суцільних, як правило, залізобетонних плит під всією спорудою.

Об’єм дисципліни “Основи і фундаменти” для студентів за напрямом підготовки 6.060101 "Будівництво", професійного спрямування “Промислове та цивільне будівництво”.

Форма навчання

Курс

Семестр

Лекції

(год)

Практичні

(год)

Лабораторні

(год)

Всього аудиторних

(год)

Самостійна робота

(год)

Всього
(год)

Залік

(сем.)

Курсовий  проект

(сем.)

Іспит

(сем.)

Денна

ІІІ-ІV

5÷7

58

26

12

96

76

216

5,6

7

7

Заочна

ІV

7,8

12

6

4

22

132

216

7

8

8


Розділ І. ПРИРОДА І ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГРУНТІВ

Тема 1. Основні відомості про Землю і гірські породи

1. Походження грунтів. Земна куля складається з ядра, мантії і кори. Товщина останньої змінюється від 3 (під дном океанів) до 84км у горах. Нижня частина кори складена базальтами, верхня - переважно гранітами, над якими залягають осадові породи. Товщина останніх змінюється від 0 до 12км. За походженням всі гірські породи поділяються на три групи: магматичні, осадові і метаморфічні.

Магматичні породи утворюються в процесі кристалізації застигаючої магми.

Осадові породи виникли в результаті відкладення і накопичення на поверхні суші або в різних водоймах продуктів руйнування (вивітрювання) раніше існувавших порід і накопичення продуктів життєдіяльності рослин і тварин.

Метаморфічні породи утворюються шляхом перекристалізації у глибинних зонах земної кори магматичних та осадових порід під впливом високих температур і тиску. Ці ґрунти класифікуються як скельні.

Основами фундаментів служать переважно осадові неорганічні дисперсні ґрунти. Вони утворились шляхом вивітрювання, тобто в процесі зміни гірських порід під впливом фізичних та хімічних реагентів. Розрізняють фізичне і хімічне вивітрювання. При фізичному вивітрюванні, яке відбувається переважно під дією вітру, води, періодичної зміни температури, руйнується (роздрібнюється) материнська порода, але зберігається її мінералогічний склад. Хімічне вивітрювання призводить до зміни мінералогічного складу порід за рахунок процесів окислення, відновлення, гідратації, дегідратації та ін. Ці види вивітрювання проходять паралельно і доповнюють один одного.

Магматичні, осадові і метаморфічні породи утворилися з мінералів - самородний елемент, або природна хімічна сполука, яка має своєрідний комплекс фізико-хімічних властивостей. Великоуламкові, піщані і пилуваті частинки складаються із первинних (материнських) мінералів – фізичне вивітрювання, а глинисті - із вторинних, що утворились у процесі хімічного вивітрювання.

2. Складові компоненти ґрунтів. Основними компонентами ґрунтів є тверді частинки, вода і газ. Мінеральні частинки ґрунтів мають від’ємний заряд. Молекули води являють собою диполі, тому при взаємодії твердих часток і води виникають електромолекулярні сили. Ці сили притягують перших декілька шарів молекул  води до мінеральних частинок з величезною питомою силою (до 1000мПа). Ця частина води називається адсорбованою (рис.1.1).

Наступні шари молекул притягуються з меншою силою і являють собою ліосорбовану воду. Вода, що знаходиться поза сферою дії електромолекулярних сил, називається вільною.

За своїми властивостями адсорбована вода нагадує швидше тверде тіло. Вона випаровується (але не кипить) при температурі більше 1000С, замерзає при температурі значно нижчій 00С, має вищу питому вагу, ніж вільна вода. Властивості ліосорбованої води є перехідними від адсорбованої до вільної. Це пов‘язано із зменшенням сил взаємодії між поверхнею частинок і молекулами води.

Вільна вода поділяється на капілярну (переміщується в порах капілярних розмірів за рахунок сил поверхневого натягу) і гравітаційну (рух відбувається під дією напору). В ґрунтах може знаходитись вода також у твердому стані (лід).

Ґрунтові гази складаються переважно з повітря і можуть знаходитись у замкнутому стані (розміщуються в замкнутих порах), вільному стані (з’єднуються з атмосферою), бути розчиненими в поровій воді і адсорбованими твердими частинками.

Якщо всі пори ґрунту заповнені водою, то він є двокомпонентною системою. Такий грунт називають також ґрунтовою масою. Мерзлі ґрунти є чотирикомпонентними системами, тому що вода в них знаходиться в двох станах (лід і незамерзла вода). У деяких ґрунтах крім мінеральних частинок можуть знаходитись органічні речовини у вигляді рослинних залишків або гумусу. Співвідношення всіх компонентів (%) і їх взаємодія зумовлює властивості ґрунтів.

3. Структурні зв‘язки ґрунту. Окремі частинки ґрунтів можуть з’єднуватись між собою структурними зв’язками, які формуються внаслідок складних фізико-хімічних процесів, що відбуваються під час утворення ґрунту. Розвиток їх відбувається впродовж всього життя ґрунту. Розрізняють наступні основні види зв’язків (вони можуть існувати окремо і сумісно): капілярні, іонно-електростатичні, хімічні, молекулярні.

Капілярні зв’язки виникають у порах, що мають капілярний розмір. При високій або низькій вологості ґрунту вони зникають. Іoнно-електростатичні зв’язки зумовлені взаємодією від’ємно заряджених ґрунтових частинок і катіонів, що знаходяться між частинками. При висушуванні відстань між частинками зменшується і зростає міцність ґрунту. Одночасно із силами притягування діють сили відштовхування, які викликані взаємодією від’ємно заряджених частинок.

Скельні ґрунти мають жорсткі хімічні структурні зв’язки. В пісках зв’язки практично відсутні, за винятком дрібних вологих пісків, що мають капілярні зв’язки. В глинистих ґрунтах, у більшості випадків, одночасно присутні декілька видів зв’язків (наприклад, в лесоподібних - хімічні у вигляді цементаційних контактів між частинками, іонно-електростатичні і молекулярні).

4. Структура і текстура ґрунту. Під структурою ґрунту мається на увазі розмір, форма, характер поверхні, кількісне співвідношення його компонентів і характер взаємодії між ними.

Під текстурою розуміють сукупність ознак, які характеризують відносне розташування і розподіл структурних елементів в межах всієї ґрунтової товщі. Текстура характеризує неоднорідність будови ґрунту в пласті (наприклад, шаруваті піщано-глинисті ґрунти) .

Структура і текстура тісно пов‘язані з умовами утворення порід і зумовлюють їх фізико-механічні властивості.


Тема 2.
 фізичні характеристики грунтів

1. Інженерно-геологічні дослідження. Інженерно-геологічні дослідження (ІГД) проводяться з метою одержання вихідних даних для розробки проектів будівель і споруд та технології їх зведення. ІГД виконуються згідно з ДБН А.2.1-1-2008 [23].

У ході ІГД повинні бути виявлені з необхідною повнотою: геологічна будова ділянки - товщина шарів і характер їх залягання (горизонтальне, похиле, виклинювання шарів); фізико-механічні властивості ґрунтів і їх можлива зміна після зведення будівлі; інженерно-геологічні процеси і явища (зсуви, карст, суфозія, морозне здимання), гідрологічні умови (рівень ґрунтових вод, його зміна, вплив води на ґрунти та конструкції фундаментів, напрямок руху води); зроблені висновки і подані обґрунтовані рекомендації щодо придатності ділянки для будівництва.

Геологічну будову для промислових і цивільних будівель з‘ясовують на глибину активної зони фундаментів (10-15м) або на глибину, в межах якої можливі зміни властивостей ґрунтів (наприклад, при замочуванні).

Висновки містять загальну інженерно-геологічну оцінку ділянки будівництва. Рекомендації даються на період проектування, будівництва і експлуатації. Рекомендації на період проектування стосуються вибору типу фундаментів, несучого шару, глибини закладення фундаментів тощо.

Рекомендації на період будівництва стосуються вибору доцільних для даної ділянки методів виконання робіт, які виключають погіршення властивостей грунтів основи (наприклад, може бути рекомендована відривка котлована і закладення фундаменту під захистом водозниження).

Рекомендації на період експлуатації можуть містити вимоги про недопустимість встановлення устаткування, яке створює ударні чи вібраційні навантаження значної сили.

Проходження розвідувальних виробок і відбір з них зразків ґрунту. Одним із завдань ІГД є встановлення фізико-механічних характеристик ґрунтів (щільності частинок ґрунту, щільності ґрунту, природної вологості, вологості на межі текучості і межі розкочування, гранулометричного складу, міцнісних і деформативних характеристик тощо). Інколи передбачається встановлення деяких специфічних характеристик (наприклад, при проектуванні фундаментів під різні станки, механічне обладнання, під час роботи яких передаються динамічні навантаження на грунт, виникає потреба у визначенні додаткових деформативних і міцнісних характеристик ґрунту). Всі названі характеристики можна визначати як в лабораторних так і в польових умовах. Як відомо лабораторні дослідження проводяться на зразках ґрунту відібраних з монолітів (моноліт - це зразок ґрунту відібраний із свердловини чи шурфа і певним чином замаркований і упакований для того щоб його можна було доставити на місце проведення лабораторних досліджень без порушення природного стану ґрунту). Отже, для проведення лабораторних досліджень фізико-механічних характеристик ґрунтів необхідно влаштовувати розвідувальні виробки - шурфи і свердловини (це основні).

Шурфи – вертикальні виробки прямокутного чи круглого перерізу глибиною до 25м (проходяться вручну).

Позитивною особливістю шурфів є можливість відбору якісних зразків ґрунту непорушеної структури й оглянути пройдені шари ґрунтів в умовах їх природного залягання. Недоліком є їх висока трудомісткість і вартість. Їх влаштовують, як правило, коли не можна пробурити свердловини (вміст глиб, валунів).

Свердловини – це вертикальні виробки, які проходять бурінням (найчастіше ударно-канатним).

З розвідувальних виробок, по мірі їх проходження відбирають зразки ґрунту непорушеної (моноліти) і порушеної структури. З монолітів відбирають зразки ґрунту для визначення щільності ґрунту, міцнісних і деформативних характеристик. Лабораторні дослідження по визначенню щільності частинок ґрунту, природної вологості, вологості на межі текучості і межі розкочування, гранулометричного складу проводять із зразками порушеної структури.

Проведення ІГД. ІГД виконують пошукові організації відповідно до технічного завдання, складеного проектними організаціями. Технічне завдання поряд з даними необхідними для проведення ІГД (схема розміщення розвідувальних свердловин, шурфів, їх діаметр і довжина, кількість монолітів з кожної свердловини)  містить відомості про розміщення будівель і споруд на ділянці згідно з проектом.

До складу ІГД входять такі роботи: вивчення матеріалів раніше проведених досліджень (якщо такі були) і інженерно-геологічні розвідування. Обсяг робіт по кожному них різний. Це залежить від ступеня вивченості району будівництва в інженерно-геологічному відношенні, ступеня складності геологічної будови ділянки, особливостей фізико-механічних властивостей ґрунтів (просідаючі, набухаючі чи звичайні ґрунти); конструктивних особливостей будівлі і їх капітальності.

ІГД можуть проводитись в І і ІІ етапи. ІГД в І етап проводять в нескладних інженерно-геологічних умовах, коли розміщення будівель і споруд на ділянці забудови точно визначене, а їхні конструктивні особливості відомі. У решті випадків ІГД проводять в два етапи – спочатку для технічного звіту, а потім для робочих креслень. Дослідження на стадії технічного звіту полягають у виборі будівельного майданчика і його послідовному вивченні. Дослідження на стадії робочих креслень проводять стосовно кожної будівлі, яка розміщена на майданчику (ці дослідження є додатковими і більш детальними відносно досліджень на стадії технічного звіту). Розвідувальні виробки розміщують на ділянці з урахуванням розташування будівель і споруд, що передбачаються проектом. Відстань між виробками в межах будівлі призначають від 20 до 100 м, залежно від ступеня складності геологічної будови майданчика. В усіх випадках в межах кожної будівлі чи споруди розміщується не менше трьох розвідувальних виробок. В обох випадках (один чи два етапи) мова йде про дослідження, які призначені для зведення будівель І і ІІ класів капітальності. ІГД на ділянках, де передбачається зведення будівель ІІІ і ІV класів, проводяться прискореними методами у скороченому вигляді.

За результатами ІГД складають звіт, до якого входять пояснювальна записка і графічна частина. Пояснювальна записка містить завдання і програму досліджень, фактичний матеріал досліджень, висновки і рекомендації на періоди проектування, будівництва і експлуатації будівлі. В графічну частину входять інженерно-геологічна карта, інженерно-геологічні розрізи та інший графічний матеріал.

2. Фізичні показники ґрунтів. Фізичні показники ґрунтів поділяються на основні і похідні. Основні показники визначають експериментальним шляхом, а похідні - розраховують, для чого використовують основні. До основних відносяться: щільність ґрунту, щільність частинок ґрунту і вологість ґрунту (природна, на межі розкочування, на межі текучості).

Для пояснення наведених термінів виділимо деякий об’єм ґрунту у вигляді куба (рис. 2.1) і приймемо такі позначення: - маса твердих частинок; - об’єм твердих частинок;  - маса води в ґрунті; - об’єм пор ґрунту.

Щільність ґрунту (г/см3) - відношення маси ґрунту, включаючи масу води в його порах, до об’єму ґрунту

                                   (2.1)

Щільність ґрунту в лабораторних умовах найчастіше визначають методом ріжучого кільця, тобто заповнюють кільце ґрунтом і зважують. Якщо не можна вирізати ножем зразок ґрунту правильної форми (крихкий, багато кам‘яних включень) то застосовують метод парафінування. Беруть певний об‘єм ґрунту зважують - маса ґрунту, парафінують його, а об‘єм знаходять за об‘ємом витісненої води. Коли грунт мерзлий і вирізати ножем зразок ґрунту правильної форми не можна, то його об‘єм знаходять за об‘ємом витісненої нейтральної рідини (гас, лігроїн) без парафінування.

Методика випробувань викладена в [14].

Щільність частинок ґрунту  (г/см3) - відношення маси твердих частинок ґрунту до об‘єму, який вони займають

                                                                                                                 (2.2)

Щільність частинок ґрунту у лабораторних умовах визначають пікнометричним методом. Масу частинок знаходять зважуванням, їх об‘єм - за об‘ємом витісненої води:

, де                                                                                           (2.3)

г/см3густина води при кімнатній температурі.

Підставивши (2.3) в (2.2) матимемо

                                                                  (2.4)

Згідно з (2.4) необхідно знайти масу витісненої води. Для цього попередньо висушений грунт масою не менше 15г () подрібнюють, точно зважують у пікнометрі (скляна колба з вузькою шийкою і мірною рискою), доливають в останній воду приблизно на 1/3 об’єму і кип’ятять на піщаній бані для видалення повітря, яке адсорбоване на поверхні ґрунтових частинок. Після цього суміш охолоджують, доливають до мірної риски воду і проводять зважування (). Суміш виливають. Потім у пікнометр до мірної риски заливають дистильовану воду і зважують ().

Маса витісненої води буде

                                                                                              (2.5)

Підставивши (2.5) в (2.4) матимемо

                                                                                           (2.6)

Методика випробувань викладена в [14].

Вологість ґрунту (%, д.о.) - відношення маси води до маси твердих частинок

                                                                                                (2.7)

Вологість ґрунту визначається шляхом висушування зразків у сушильній шафі при температурі (105±2)0С. При цій температурі видаляється вся вода (порова, ліосорбована і адсорбована).

Методика випробувань викладена в [14].

До похідних фізичних показників відносяться: щільність скелета ґрунту , пористість ґрунту , коефіцієнт упаковки зерен грунту , коефіцієнт пористості ґрунту  і коефіцієнт водонасичення ґрунту .

Щільність скелета ґрунту (г/см3) - відношення маси висушеного ґрунту до його повного об’єму

                                                                                                         (2.8)

Пористість ґрунту  (%, д.о.) - відношення об’єму пор до об’єму ґрунту

                                                                                                            (2.9)

Коефіцієнт упаковки зерен ґрунту  (%, д.о.) - відношення об’єму твердих частинок до об’єму грунту

                                                                                                          (2.10)

Коефіцієнт  пористості ґрунту  (%, д.о.) - відношення об’єму пор до об’єму твердих частинок, або відношення пористості n до коефіцієнта упаковки зерен m

 ()                                                                                                  (2.11)

Коефіцієнт водонасичення ґрунту  (%, д.о.) - відношення природної вологості ґрунту  до вологості, яка відповідає повному заповненню пор водою

                                                                                                               (2.12)

Похідні фізичні показники ґрунтів (через основні фізичні показники) визначають за наступними формулами

                                                                                           

                       (2.13)

                                                                                               

                           (2.14)                                                              

                                                                                      

                                      (2.15)                                                                                                                

                                 (2.16)

                          (2.17)

При розрахунках основ, використовують такі показники:питома вага ґрунту”, “питома вага частинок ґрунту” і “питома вага скелета ґрунту” замість відповідних фізичних показників “щільність ґрунту ”, “щільність частинок ґрунту ”, “щільність скелета ґрунту ”. При цьому позначення змінюють на  (м/с2 м/с2 - прискорення вільного падіння).

3. Оптимальна вологість. При будівництві земляних споруд (дамби, греблі) чи використанні основ із насипних ґрунтів необхідно виконувати роботи по їх ущільненню. Максимально ущільнюються ґрунти при деякій вологості, яка називається оптимальною. Для визначення оптимальної вологості дисперсних (піщаних і глинистих) ґрунтів використовують лабораторний прилад для стандартного ущільнення (рис. 2.2).

Зразки ґрунтів з різною вологістю ущільнюють стандартним вантажем.


Кожний зразок ущільнюють при однаковій кількості ударів вантажем, який скидають з певної висоти.
Потім визначають щільність скелета ґрунту і будують графік (рис. 2.3), за яким визначають максимальну щільність і відповідну їй оптимальну вологість . При цій вологості доцільно ущільнювати ґрунти.

Методика випробувань викладена в [8].

4. Зерновий склад ґрунтів. Зерновим (гранулометричним) складом ґрунтів називається ваговий вміст в ґрунті частинок різної крупності виражений у відсотках стосовно маси сухого ґрунту взятого для аналізу. Назва ґрунтових частинок в залежності від їх розмірів наведена в табл. 2.1.

Залежно від переважного вмісту часток тих чи інших розмірів ґрунти поділяються на:

великоуламкові - незв’язні мінеральні ґрунти, в яких маса частинок розміром більше 2мм складає понад 50%; піщані - незв'язні мінеральні ґрунти, в яких маса частинок розміром більше 2мм складає 50% і менше (ІР<1 - див. нижче);

глинисті - зв’язні мінеральні ґрунти (ІР≥1 - див. нижче), що мають в своєму складі переважно пилуваті і глинисті частинки.

Частинки розміром до 0,1мм включно розділити на окремі фракції можна ситовим методом. Методика випробувань викладена в [3]. Для розділення на окремі фракції частинок менших 0,1мм найчастіше використовують метод відмулювання і піпетковий метод. Методика випробувань викладена в [3].

За гранскладом великоуламкові і піщані ґрунти поділяються згідно з табл. 2.2.

Класифікація великоуламкових ґрунтів і пісків залежно від

гранулометричного складу

                                                                                                                      Таблиця 2.2

Різновид ґрунтів

Вміст частинок за розміром в % від маси сухого ґрунту

Великоуламкові:

Валунний грунт (глибистий)

Маса частинок більших 200мм перевищує 50%

Гальковий грунт (щебенистий)

Маса частинок більших 10мм перевищує 50%

Гравійний грунт (жорств’яний)

Маса частинок більших 2мм перевищує 50%

Піщані:

Піски гравіюваті

Маса частинок більших 2мм перевищує 25%

Піски крупні

Маса частинок більших 0,5мм перевищує 50%

Піски середньої крупності

Маса частинок більших 0,25мм перевищує 50%

Піски дрібні

Маса частинок більших 0,1мм 75% і більше

Піски пилуваті

Маса частинок більших 0,1мм менше 75%


Для класифікації глинистих ґрунтів використовують показник, який називається
числом пластичності  :, де                                               (2.18)                                                                                     

 - вологість на межі текучості (вологість, при якій грунт переходить з пластичного стану в текучий);  - вологість на межі розкочування (вологість, при якій грунт переходить з твердого стану в пластичний). Вологість на межі текучості відповідає такій вологості ґрунту, при якій стандартний балансирний конус масою 76г занурюється в ґрунтове тісто на 10мм за 5с.

Методика випробувань викладена в [3].

Вологість ґрунту відповідає вологості на межі розкочування, коли джгутики ґрунтового тіста діаметром 3мм розпадаються в процесі розкочування на елементи довжиною 3 ...10мм. При більшому діаметрі грунт знаходиться в твердому стані (недостатня вологість), а при меншому - в пластичному стані (надмірна вологість).

Методика випробувань викладена в [3].

Великий вміст у ґрунтах глинистих частинок збільшує питому поверхню ґрунту, відповідно, збільшується кількість води, необхідної для переходу ґрунту з твердого стану в текучий. І навпаки, частинки більших розмірів потребують менше води для такого переходу. Безумовно, стан ґрунту визначається, крім його вологості, ще й мінералогічним складом. Даний підхід цього не враховує, але відповідає основним потребам будівельної практики. За числом пластичності глинисті ґрунти розділяються на супіски1 ≤ IP ≤ 7,  суглинки7 < IP ≤ 17 і глини IP > 17.

5. Консистенція глинистих ґрунтів. З підвищенням вологості тіста глинистих ґрунтів воно переходить у пластичний стан, а потім у текучий. При  цьому знижується міцність ґрунтів. Знаючи природну вологість ґрунту, а також вологості на межі розкочування і текучості можна оцінити стан, в якому знаходиться грунт. На практиці для визначення стану глинистих ґрунтів використовують показник текучості

Класифікація глинистих ґрунтів за

показником текучості

Таблиця 2.3

Різновид ґрунтів

Показник текучості IL

Супісок

Твердий

IL < 0,00

Пластичний

0,00 ≤ IL ≤ 1,00

Текучий

IL > 1,00

Суглинки та глини

Тверді

IL < 0,0

Напівтверді

0,00 ≤ IL ≤ 0,25

Тугопластичні

0,25 < IL ≤ 0,50

М’якопластичні

0,50 < IL ≤ 0,75

Текучопластичні

0,75 < IL ≤ 1,00

Текучі

IL > 1,00







           (2.19)







Глинисті ґрунти залежно від
 мають наступні стани (табл. 2.3).

6. Класифікація ґрунтів. Повна класифікація ґрунтів наводиться в ДСТУ Б В.2.1-2-96 “Ґрунти. Класифікація” [16]. Згідно стандарту всі ґрунти розділяються на класи, групи, підгрупи, типи, види і різновиди.

К л а с и - за загальним характером структурних зв’язків. Це скельні, дисперсні, мерзлі, техногенні ґрунти.

Г р у п и - за характером структурних зв’язків з урахуванням їх міцності. Наприклад, клас скельних ґрунтів розділяють на скельні та напівскельні, дисперсних - на зв’язні та незв’язні.

П і д г р у п и - за походженням та умовами утворення. Скельні ґрунти відносять до магматичних, метаморфічних та осадових підгруп; дисперсні - до осадової підгрупи.

Т и п - за речовинним складом. Дисперсні розділяються на мінеральні, органомінеральні та органічні.

В и д - за найменуванням ґрунтів з урахуванням розмірів частинок та показників властивостей. Мінеральні ґрунти розділяють на великоуламкові, піски і глинисті ґрунти; органомінеральні - на мули, сапропелі та заторфовані ґрунти; органічні - на торфи.

Р і з н о в и д и - за кількісними показниками речовинного складу, властивостей та структури ґрунтів. Великоуламкові ґрунти та піски розділяються згідно табл. 2.2; глинисті ґрунти та мули - за числом пластичності (див. п. 2.4) і за показником текучості (див. табл. 2.3); великоуламкові ґрунти та піски - за коефіцієнтом водонасичення (див. п. 2.2); піски - за щільністю складу (див. п.2.2) та інше.


Тема 3. ОПІР ГРУНТІВ ЗСУВУ

Розглянемо споруду, яка розміщена поблизу укосу і сприймає горизонтальні й вертикальні навантаження (рис. 3.1). В даному випадку несуча здатність ґрунту може бути вичерпана в результаті втрати стійкості укосу (лінія 1), площинного зсуву фундаменту (лінія 2) чи випирання ґрунту з-під підошви фундаменту (лінія 3).

В усіх випадках втрата несучої здатності відбувається шляхом зсуву однієї частини ґрунту (споруди) відносно іншої, нерухомої частини. Міцність ґрунту буде тим більшою, чим більший його опір зсуву, тобто чим більшими будуть коефіцієнт тертя і зчеплення між окремими частинками ґрунту.

1. Опір ґрунтів зсуву. Опір зсуву в лабораторних умовах найчастіше визначають за допомогою одноплощинних зсувних приладів, основною частиною яких є зрізувач (рис. 3.2).

Випробування виконують таким чином. У спеціальних приладах (ущільнювачах) попередньо ущільнюють зразки ґрунту під тиском, при якому вони будуть випробуватись на зсув (наприклад, 0,1; 0,2; 0,3мПа). Потім переносять один зразок у зрізувач, прикладають вертикальне навантаження, яке створює нормальний тиск, при якому ущільнювався зразок ґрунту в ущільнювачі (наприклад, р1=0,1мПа р=N/A, де Aплоща поперечного перерізу зразка ґрунту) і окремими ступенями передають на рухому обойму горизонтальні навантаження до моменту, коли відбудеться зсув. Кожний ступінь витримується до умовної стабілізації, при якій горизонтальне переміщення верхньої (рухомої) частини зразка не перевищує 0,01мм за останні 2хв. спостережень.

Залежність між дотичними (зсувними) напруженнями (τ=Q/A) у зразках і їх переміщенням буде мати вигляд, показаний на рис. 3.3.

За результатами дослідів будують графік. На осі абсцис наносять нормальні напруження , а на осі ординат - відповідні їм значення граничних зсувних напружень (рис. 3.4, чи 3.5).

Для графіків  відповідно можна записати

                                                                   (3.1)

                  ,                           (3.2)
де  - коефіцієнт внутрішнього тертя; - кут внутрішнього тертя; - питоме зчеплення (викликане структурними зв’язками ґрунту).

Ці залежності виражають закони Кулона для сипких і зв’язних ґрунтів. Величини  і називаються характеристиками міцності ґрунтів. Вирази (3.1) і (3.2) справедливі для граничного стану ґрунту, тобто стану, при якому він вичерпує свою міцність, і в області невеликих нормальних напружень (до 0,6мПа).

Якщо лінію залежності провести до перетину з віссю абсцис, одержимо значення - фіктивний тиск зв‘язності. З рис. 3.5 видно, що

                                                                                                           (3.3)

Методика випробувань викладена в [17].

2. Ефективний і нейтральний тиск. Описані вище досліди називаються консолідовано-дренованими, тому що грунт попередньо ущільнюється (консолідується) і при цьому надається можливість фільтрації (дренажу) води через отвори в штампі. Якщо випробування на зсув виконувати без попереднього ущільнення і без надання можливості фільтрації води із зразка, то такі досліди називаються неконсолідовано-недренованими. Вони моделюють роботу водонасичених глинистих ґрунтів в основі фундаментів. При цьому частина напруження буде сприйматися ґрунтовою водою і закон Кулона прийме такий вигляд

, де                                               (3.4)

- напруження, які сприймає вода.

Як видно із (3.4), опір зсуву, а відповідно і міцність водонасичених глинистих ґрунтів зменшується за рахунок порових напружень. У водонасичених пісках процес консолідації відбувається дуже швидко і всі напруження сприймаються ґрунтовими частинками (скелетом).

Для кращого розуміння процесу ущільнення ґрунту в часі розглянемо механічну модель ґрунтової маси (всі пори ґрунту повністю заповнені водою - п.1.2). В циліндричній посудині, яка має поршень з мікроскопічними отворами, розміщені пружина і вода (рис. 3.6). Пружина моделює роботу скелета ґрунту. Зразу ж після передачі тиску на поршень вся його величина буде сприйматись тільки водою   - нейтральні напруження (тиск). У процесі витіснення води через отвори частина тиску буде поступово сприйматися пружиною   - ефективні напруження (тиск). Після повного стиснення пружини на останню буде передаватись вся величина тиску  . Отже, у водонасичених глинистих ґрунтах напруження буде сприйматися скелетом тільки після повної консолідації таких ґрунтів.

Механічна модель (рис. 3.6) демонструє, що в процесі ущільнення ґрунту в ньому одночасно діють дві системи тисків: тиск в скелеті ґрунту - ефективний, і тиск в поровій воді - нейтральний. Ефективний тиск характеризує напружений стан скелета ґрунту. Під цим тиском ґрунт уже деформувався, тобто ущільнився і зміцнився. Отже, такий тиск позитивно впливає на стан ґрунту. Нейтральний тиск не впливає на напружений стан скелета повністю водонасченого ґрунту, тобто він нейтральний у відношенні до скелета ґрунту.

3. Стабілометричні випробування. Випробування ґрунтів розглянутим вище методом одноплощинного зсуву не відповідає складному напруженому стану ґрунтів при дії зовнішніх навантажень від фундаментів будівель і споруд, тому останнім часом для визначення характеристик міцності використовують випробування на трьохосьове стиснення. Схема приладу на трьохосьове стиснення (стабілометра) показана на рис. 3.7. Циліндричний зразок ґрунту 1 в гумовій оболонці піддають всесторонньому стисненню рідиною 2 інтенсивністю . Потім через шток 3 до поршня 4 прикладають вертикальне навантаження , створюючи на зразок вертикальний тиск  (після сумування з ). Збільшуючи тиск можна досягти повного руйнування зразка ґрунту або значного його розширення.

Для визначення характеристик міцності сипких ґрунтів достатньо виконати одне випробування і побудувати коло Мора, діаметр якого дорівнює . Дотична до кола Мора , проведена через початок координат, визначить кут внутрішнього тертя (рис. 3.8). Аналітичний вираз для визначення має вигляд

                                                      (3.5)

Для зв‘язних ґрунтів виконується два випробування при різних значеннях . Потім будують два кола Мора (рис. 3.9), дотична до яких і визначить кут внутрі-шнього тертя й питоме зчеплення ґрунту . Ана-літичні вирази для визначення та мають вигляд

           (3.6)

                    (3.7)

Методика випробувань викладена в [13].

Кут внутрішнього тертя і питоме зчеплення визначають на основі не менше 18 дослідів. У цьому випадку коефіцієнти  і рівняння (3.2) можуть бути підібрані методом найменших квадратів (див. п. 9.3).

Тема 4. Модуль ДЕФОРМАЦІЇ ГРУНТІВ

1. Компресійні дослідження. Для визначення деформації ґрунтів необхідно знати коефіцієнт пропорційності між деформаціями і напруженнями - модуль деформації. Модуль деформації поширених, відносно однорідних матеріалів (бетон, метал) наводиться в довідниках. Природні ж ґрунти за своїми механічними властивостями є дуже різноманітними. Тому, зазвичай, перед розрахунками ґрунтових основ виконують дослідне визначення модуля деформації. Модуль деформації, в основному, визначають за результатами компресійних, cтабілометричних і штампових випробувань або за таблицями будівельних норм ДБН В.2.1-10-2009 [24].

Оскільки грунт складається з твердих частинок і пор (частково чи повністю заповнених водою і повітрям), то теоретично при його стисненні повинні зменшуватись об‘єми всіх компонентів. Оскільки напруження стиснення, які зазвичай виникають в основах фундаментів, при дії навантажень від надземних конструкцій, порівняно незначні, об‘ємні деформації твердих частинок незрівнянно малі і до уваги не беруться. Отже, можна вважати, що зміна об‘єму ґрунту при стисненні відбувається лише за рахунок зміни об‘єму пор, яка може відбуватися внаслідок взаємного переміщення окремих частинок в результаті руйнування структурних зв‘язків ґрунту з витісненням повітря і води.

В лабораторних умовах модуль деформації визначають за допомогою компресійного приладу, основною частиною якого є одометр. Це кругла обойма 1 з днищем 2 (рис.4.1.). Ґрунт 3 розміщується в кільці 4. Навантаження N передається через штамп 5. Фільтрація води проходить через отвори, які є в днищі і штампі. Деформації ґрунту вимірюють індикаторами 6.

Оскільки зразок ґрунту в кільці не має можливості бічного розширення, то зміну його пористості (відношення об‘єму пор до об‘єму ґрунту (2.8)) під тиском , розподіленим по площі , знайдемо з виразу

, де                                                             (4.1)

- початкова висота зразка; - деформація зразка від тиску .  Об‘єм твердих частинок до і після деформації незмінний (наше припущення), тому  об‘єм твердих частинок в одиниці об‘єму зразка дорівнюватиме (2.9)

, де                                                                                                     (4.2)

- початковий коефіцієнт пористості ґрунту.

Згідно з (2.11) . Поділивши вираз (4.1) на (4.2), одержимо вираз для визначення зміни  коефіцієнта пористості ґрунту під дією тиску

                 (4.3)

Урахувавши для одержимо остаточний вираз для коефіцієнта пористості при дії тиску

                                         (4.4)

Після визначення значень при різних тисках будують залежність , що має назву компресійної кривої (рис. 4.2).

При зростанні тиску коефіцієнт пористості зменшується (лінія 1 рис. 4.2). Якщо тиск поступово зменшувати, то зразок частково відновить деформацію і коефіцієнт пористості зросте (лінія 2 рис. 4.2). Первинна висота зразка не буде повністю відновлена, тому що при розвантаженні відновлюються лише пружні деформації.

На початковій ділянці залежність є лінійною, а деформації незначними. На цій ділянці чинять опір зовнішнім навантаженням структурні зв’язки ґрунтів. Міцність цих зв’язків називається структурною міцністю .

Якщо обмежитись незначною зміною тиску р=0,1…0,5мПа (реальний тиск, який може виникати в основах споруд), то компресійну криву можна замінити прямою лінією АВ (рис.4.3)

Тангенс кута нахилу цієї прямої до осі тисків називається коефіцієнтом стисливості

, де                                   (4.5)

 - коефіцієнти пористості відповідно при початковому і кінцевому тиску.

З певним (доволі суттєвим) наближенням можна записати рівняння компресійної кривої у такому вигляді

                                                                                                       (4.6)

Модуль деформації ґрунту за результатами компресійних дослідів визначають за виразом

,  де                                                                                                   (4.7)

- коефіцієнт, що враховує неможливість поперечного розширення ґрунту в компресійному приладі.

В компресійному приладі грунт може деформуватись тільки у вертикальному напрямку. Це погано моделює роботу гранту під фундаментами невеликих розмірів (фундаменти більшості будівель), де величина горизонтальних деформацій є суттєвою. Під фундаментами великих розмірів переважають деформації ґрунту у вертикальному напрямку. Тому модуль деформації, одержаний за результатами компресійних випробувань, широко використовується для проектування гідротехнічних споруд, а в промисловому і цивільному будівництві тільки для споруд III класу капітальності.

З урахуванням вищесказаного модуль деформацій ґрунтів , знайдений за результатами компресійних випробувань визначають за формулою

, де                                                                                                         (4.8)

- поправочний коефіцієнт (див. п.4.3 останній абзац).

Методика випробувань викладена в [17].

2. Стабілометричні випробування. Особливістю випробувань на трьохосьове стиснення в стабілометрі є можливість одночасного визначення характеристик стисливості і міцності.

Модуль деформації за результатами стабілометричних випробувань визначають для довільної точки в межах ділянки пропорційності ОА (рис. 4.4) за формулою

, де                                         (4.9)

- величина бічних стискуючих напружень (девіатор напружень) визначається з виразу

, де                                           (4.10)

- загальна величина головного  напруження (після сумування з )/,                   (4.11)

де - початкова площа поперечного перерізу зразка; - площа поперечного перерізу зразка при дії напруження

                                (4.12)

де - вертикальна деформація зразка при напруженні ; - початкова висота зразка.

Методика випробувань викладена в [13].

3. Метод штампових випробувань є еталонним, тобто найбільш точним. Його суть полягає в наступному. На жорсткий круглий штамп окремими ступенями передають навантаження і визначають при цьому його осідання. Кожний ступінь витримують до моменту умовної стабілізації, при якій переміщення штампа не повинні перевищувати 0,1мм за останні 0,5; 1,0 або 2год. залежно від грунту.
Випробування можуть виконуватись у свердловинах, шурфах або котлованах. Площа штампа залежить від місця випробування
(свердловина, котлован) і змінюється від 600 до 10000см2. Навантаження передають гідродомкратами або тарованими вантажами. На рис. 4.5 наведена найпоширеніша схема штампових випробувань.

Методика випробувань наведена в [2].

За результатами дослідів будують графік залежності осідань штампа від тиску по його підошві (рис. 4.6).


Модуль деформації визначають за формулою,де (4.13)

- безрозмірний коефіцієнт;  - діаметр штампа; - зміна тиску на лінійній ділянці; - приріст деформації в інтервалі ;
- коефіцієнт Пуассона.

Поправочний коефіцієнт у виразі (4.8) отримано на основі порівняльного аналізу компресійних і штампових визначень модуля деформації ґрунту.


Тема 5. ВОДОПРОНИКНІСТЬ ГРУНТУ

Під час проектування водозниження, осушення та водопостачання треба знати скільки води надходить до різних водозабірних споруд (колодязів, свердловин, канав, будівельних котлованів). Приплив води до водозабірних споруд обчислюють з урахуванням характеру її руху (ламінарний або турбулентний) у водоносному шарі, гідравлічних умов (води ненапірні або напірні) та особливостей обладнання водозабірної споруди.

Підземні води, як правило, перебувають у русі (рухаються в порах, тріщинах та розломах ґрунтів). Рух води в тріщинах та розломах - швидкий, турбулентний. Рух води в порах гірських порід можна розглядати як спокійний, ламінарний. Цей рух одержав назву фільтрації.

1. Коефіцієнт фільтрації. Фільтрація має певну закономірність, яка була вперше встановлена французьким інженером А. Дарсі в 1856 p. Дарсі сконструював прилад для вивчення водопроникності пісків (рис. 5.1). З допомогою цього приладу він одержав таку залежність

, де                                                   (5.1)

- об'єм профільтрованої води; - коефіцієнт пропорційності, який залежить від виду ґрунту; - площа фільтрації; - час фільтрації; - гідравлічний градієнт

, де                                              (5.2)

- напір води в колбі; - напір води в посудині; - довжина шляху фільтрації.

Розділивши ліву та праву частини виразу (5.1) на , одержимо об'єм води, що фільтрується за одиницю часу через одиницю площі

                      (5.3)

Об‘єм профільтрованої води буде тим більшим, чим більша її швидкість при фіксованих значеннях решти параметрів. Тому величину можна назвати швидкісю фільтрації і вимірювати одиницями швидкості (см/с, м/доб). Оскільки швидкість, зазвичай, позначають буквою , то можна записати

                                                                                                             (5.4)

у виразі (5.4) прийнято називати коефіцієнтом фільтрації. Він є характеристикою водопроникності порід. Коефіцієнт фільтрації входить у розрахункові формули для визначення припливу води до різноманітних водозабірних споруд, а також у формули для розрахунку деформацій основ будівель і споруд в часі.

В лабораторних умовах коефіцієнт фільтрації визначається з допомогою різних приладів. Такі прилади принципово нічим не відрізняються від приладу Дарсі (наприклад, універсальна трубка). Коефіцієнт фільтрації, (м/доб), при заданій температурі визначають за формулою

   (5.5)

де,864 - коефіцієнт для переведення одиниць см/с в м/доб; - об'єм профільтрованої води, см3; - час фільтрації, с; - площа поперечного перерізу трубки, см2; - гідравлічний градієнт.

Величини та є параметрами приладу, отже, дослід зводиться до визначення часу , протягом якого профільтрується об'єм води .

Методика випробувань викладена в [12].

Найточніше коефіцієнт фільтрації можна визначити шляхом проведення дослідних відкачувань води в польових умовах.

2. Початковий градієнт напору. Великоуламкові і піщані ґрунти мають великий супіски менший, суглинки ще менший, а глини взагалі є водоупорами. Чому це так?! Рух води в ґрунті відбувається по закону ламінарної фільтрації (крива 1 на рис. 5.2), коли ґрунт містить вільну воду в порах (великоуламкові і піщані ґрунти), більша частина яких з‘єднана одна з одною. В щільному пилувато-глинистому ґрунті, в порах якого нема вільної води (вона перебуває в ґрунті переважно у вигляді гідратних оболонок зв‘язаної води, які окружають частинки ґрунту), або якщо є, то знаходиться в роз‘єднаних між собою порах, фільтрація води починається лише при градієнті, який більший деякого значення, необхідного для подолання опору водно-колоїдних плівок її рухові. В такому випадку залежність між градієнтом і швидкістю фільтрації буде мати вигляд кривої 2, зображеної на рис. 5.2. На цій кривій можна виділити дві основні ділянки: криволінійна АВ, яка відповідає переходу від моменту виникнення фільтрації до моменту розвитку постійної фільтрації, і ділянку постійної фільтрації ВС.

Для ділянки ВС швидкість фільтрації знаходять за виразом

,  де                                                                                                 (5.6)

- коефіцієнт фільтрації на відрізку АВ; - початковий градієнт напору.

Тема 6. ОСОБЛИВОСТІ  ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРУКТУРНО-НЕСТІЙКИХ і деяких особливих ГРУНТІВ 

До структурно-нестійких належать такі ґрунти, які під дією певних факторів можуть змінювати свої фізико-механічні характеристики і різко деформуватись:

лесові - структура їх різко порушується при замочуванні;

мерзлі - структура їх різко порушується при відтаненні;

пухкі піски - різко ущільнюються при дії динамічних навантажень;

мули і чутливі глини - деформаційні і міцнісні характеристики різко зменшуються при порушенні їх природної структури.

До особливих ґрунтів відносяться:

набухаючі - при зволоженні суттєво збільшуються в об‘ємі, а при висиханні - зменшуються;

торфи і заторфовані ґрунти - мають значну стисливість і малу міцність.

1. Просідаючі ґрунти та їх властивості. Просідаючими називаються глинисті ґрунти, які під дією зовнішнього навантаження або (і) власної ваги при замочуванні водою чи розчинами дають додаткове осідання, що називається просіданням і відносне просідання для яких .

Властивості просідання мають леси та лесовидні супіски і суглинки. Леси мають у своєму складі понад 50% пилуватих частинок, легкорозчинні солі та пори великих розмірів. При замочуванні структурних зв’язків, які утворені при участі розчинних солей, вони (зв‘язки) руйнуються, частинки ущільнюються, заповнюючи вільні пори, об’єм ґрунту зменшується, тобто відбувається його просідання.

Просідаючі ґрунти займають понад 80% території України і розповсюджені на всій площі за винятком Полісся, Карпат, південної частини Криму та західної частини Одеської області. Найбільшої товщини лесові відкладення досягають в південних та східних регіонах. У південній частині Рівненської області розповсюджені лесовидні супіски і суглинки товщиною, переважно, до 5м. Лесові та лесовидні ґрунти завжди залягають безпосередньо під рослинним шаром, проте можуть бути й похованими (розміщуватись під насипним шаром).

В природному стані просідаючі ґрунти мають низьку вологість та високу міцність. При замочуванні цей грунт легко розмокає зменшуючись в об‘ємі. Відносне просідання найчастіше визначають в компресійних приладах.

Випробування виконують за методами однієї чи двох кривих. У першому випадку на зразок висотою  (рис. 6.1) передають тиск, що відповідає природному напруженню , після цього висота зразка складе . Потім збільшують тиск до величини  і висота зразка зменшиться до величини . Після замочування відбудеться просідання ґрунту і його висота стане рівною . Відносне просідання ґрунту становить                          (6.1).
Таким чином, можна отримати величину , яка відповідає якомусь одному значенню тиску . Із зміною тиску змінюється і відносне просідання. Тому при використанні такої методики проводять декілька дослідів при різних значеннях , за результатами яких будують  графік залежності (рис. 6.2).


     



Методика випробувань викладена в [9].

Суть методу двох кривих полягає в тому, що в компресійних приладах випробовують зразки ґрунту природної вологості та водонасичені (рис. 6.3). За цими графіками легко можна визначити при різних тисках .

Методика випробувань викладена в [9].

Ґрунти відносять до просідаючих, якщо . Відповідно, початковим просідаючим називається тиск , при якому (рис. 6.2).

2. Набухаючі ґрунти та їх властивості. До набухаючих відносяться глинисті ґрунти, які при замочуванні водою чи іншими розчинами збільшуються в об’ємі, причому величина відносного набухання у вільному стані (без навантаження) (прилад ПНГ). Відносне набухання визначають також при дії тиску, для чого використовують компресійні прилади. Відносне набухання ґрунтів порушеної структури визначають за виразом (6.2), а непорушеної за виразом (6.3)

                                   ,                                                         (6.2)

                                    , де                                (6.3)

 - висота зразка після зволоження (порушеної структури);  - початкова висота зразка (порушеної структури); - висота незамоченого зразка непорушеної структури при дії тиску ; - висота незамоченого зразка непорушеної структури при дії тиску; - те ж, замоченого.

залежить від тиску. Найбільші значення відносне набухання має при нульовому тиску. Аналогічно відносному просіданню, може визначатись методами однієї або двох кривих.

У першому випадку на зразок висотою  (рис. 6.4) передають тиск, що відповідає природному напруженню , після цього висота зразка складе . Потім збільшують тиск до величини  і висота зразка зменшиться до величини . Після замочування відбудеться набухання ґрунту і його висота стане рівною . Таким чином можна отримати величину , яка відповідає якомусь одному значенню тиску . Тому при використанні такої методики проводять декілька дослідів при різних значеннях , за результатами яких будують графік залежності (рис. 6.5).

Методика випробувань викладена в [11].

Суть методу двох кривих полягає в тому, що в компресійних приладах випробовують зразки грунту природної вологості та водонасичені (рис. 6.6). За цими графіками легко можна визначити при різних тисках .

Методика випробувань викладена в [11].

Ґрунти відносять до набухаючих (при якомусь тиску), якщо . Відповідно, початковим набухаючим називається тиск , при якому (рис. 6.5).

Головну роль у процесі набухання відіграють глинисті частинки. Особливе значення має наявність таких мінералів, як іліт і монтморилоніт. Вода, потрапляючи в такі ґрунти, здатна розклинювати тверді мінеральні частинки, що призводить до набухання ґрунту.

Процес набухання має зворотній характер. Якщо сушити грунт після набухання, то виникає усадка – зменшення об‘єму.

Методика випробувань викладена в [11].

На Україні набухаючі ґрунти розповсюджені переважно в Криму, поблизу міст Керч та Феодосія.


Література

1 ДСТУ Б.В.2.1-8-2001. Грунти. Відбирання, упакування транспортування і зберігання зразків.

2. ДСТУ Б В.2.1-7-2000. Грунти. Методи польового визначення характеристик міцності і деформованості.

3. ДСТУ Б В.2.1-9-2009. Грунты. Методи лабораторного визначення гранулометричного (зернового) та мікроагрегатного складу.

4. ГОСТ 13579-78 “Фундаментне блоки стен подвалов”

5. ГОСТ 13580-85 “Плит железобетонне ленточнх фундаментов”

6. ДСТУ Б В.2.6-65:2008“Палі забивні”

7. ДСТУ Б В.2.1-9-2002 Методи польових випробувань статичним і динамічним зондуванням

8. ДСТУ Б В.2.1-12:2009. Грунти. Метод лабораторного визначення максимальної щільності.

9. ДСТУ Б В.2.1-22-2009. Грунты. Метод лабораторного визначення властивостей просідання.

10. ДСТУ Б В.2.1-7-2000. Грунти. Методи польового визначення характеристик міцності і деформованості.

11. ДСТУ Б В.2.1-11-2009. Грунти. Методи лабораторного визначення властивостей набухання та усадки.

12. ДСТУ Б В.2.1-23:2009. Грунти. Метод лабораторного визначення коефіцієнта фільтрації.

13. ГОСТ 26158-85. Грунты. Метод лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости при трехосном сжатии.

14. ДСТУ Б В.2.1-17-2009. Грунты. Методи лабораторного визначення фізичних властивостей.

15. ДСТУ Б В.2.1-27:2010. Палі. Визначення несучої здатності за результатами польових випробувань.

16. ДСТУ Б В.2.1-2-96. Грунти. Класифікація.

17. ДСТУ Б.В.2.1-4-96. Грунти. Методи лабораторного визначення характеристик міцності і деформованості.

18. ДСТУ Б В.2.1-5-96. Грунты. Метод статистичної обробки результатів визначення характеристик.

19. Зоценко М.Л., Коваленко В.І., Хілобок В.Г., Яковлєв А.В. Інженерна геологія. Механі-ка грунтів. Основи і фундаменти К.: Вища школа. - 1992 .

20. Иванов П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений М.: Высшая школа. - 1991.

21. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика М.: Стройиздат.- 1985.

22. Пособие по проектированию оснований и сооружений (к СНиП 2.02.01-83) М.:Строй-издат.- 1987.

23. ДБН А.2.1-1-2008. Інженерні вишукування для будівництва. Мінрегіонбуд.- 2008.

24. ДБН В.2.1-10-2009. Основи та фундаменти споруд. Мінрегіонбуд.- 2009.

25. ДБН В.2.1-10-2009. Основи та фундаменти споруд. Зміна 1. Мінрегіонбуд.- 2009.

26. ДБН 1.2-2:2006. Навантаження і впливи. Мінрегіонбуд.- 2006.

27. ДБНВ 1.1-1:2006. Будівництво в сейсмічних районах України. Міністерство будівництва, архітектури та житлово-комунального господарства України.- 2006


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34523. Пути развития послевоенной американской драматургии 19.82 KB
  Н а убогую окраину огромного города в дом к Стэнли Ковальскому приезжает сестра его жены – Бланш Дюбуа. Бланш осталась в поместье и боролась за его существоавние. Позади – неудачное замужество муж оказался гомосексуалистом покончил с собой узнав что Бланш раскрыла его тайну; потеря честного имени; в отчаянии Бланш приезжает к сестре. Когда она уезжает в родильный дом Стэнли насилует Бланш и Бланш сходит с ума.
34524. Американский антивоенный роман 15.26 KB
  Его первый роман Пункт 22 1962 роман о войне но одновременно романметафора по словам автора об Америке 50х и 60х и 70х. Главный герой романа капитан Йоссариан вынужден жить в одной палатке с мертвецом: солдат давно погиб но его не признают погибшим ибо отсутствует соответствующий документ. В языке и в композиции романа не случайно преобладает прием навязчивого повтора dej vu.
34525. Личностная пробле6матика в американском романе 60-70х гг. Поиск героя (Д.Апдайк, С.Белооу, У.Стайрон, Д.Гарднер и др) 20.93 KB
  Гарднер и др Проза Апдайка относится к числу самой популярной в послевоенное десятилетие. Апдайка Кентавр принадлежит одновременно к мифологическому и вместе с тем растущему из земли искусству. Но упорядочивать роман Апдайка таким способом нельзя:. Но книга Апдайка не ребус рассчитанный лишь на изощренную сообразительность и специальные знания.
34526. «Черный юмор» в литературе США (Д.Хеллер, К.Воннегут, Д,Барт, Данливи и др.) 18.72 KB
  1н из них Билли Пилигрим становится процветающим оптометристом в провинц. Билли совершает путь пилигрима наоборот от главного самого страшного в жизни события все глубже в духовное небытие и дальше на фантастическую планету Тральфамадор где культивируется философия нивочтоневмешательства. Такова структура данного момента отвечают Тральфамадорцы на все почему Билли. Билли в общемто и сам всегда жил по тральфамадорским правилам.
34527. Своеобразие сюжетно-композиционной организации романа Гарднера «Осенний свет» 17.46 KB
  Роман Осенний свет 1976 состоит из двух книг. Лучшее произведение Гарднера роман Осенний свет где автор виртуозно стыкует будничную житейскую историю ссоры между братом и сестрой на вермонтской ферме и сенсационный боевик о кровавом соперничестве двух контрабандистских шаек. И пожалуй что в романе Гарднера Осенний свет отчётливо заявляет о своем присутствии семейная мысль.
34528. Проблематика общества потребления и её воплощение в французской литературе (Ж. Перек) 18.44 KB
  Жорж Перек 1936 1982 стал известен благодаря публикации романа Вещи 1965. Перек сначала написал роман Исчезновение 1969 в котором рассказывается о всевозможных исчезновениях но самым главным остается исчезновение буквы е из текста романа. Вслед за тем появился роман Возвращающиеся 1972 где наряду с другими возвращающимися обнаружилась буква е употребляемая где попало лишнее е и в названии романа. Перека относится к шозизму характерному для 60 х годов французской литературы 20 века рассмотрим концепт романа и его...
34529. Своеобразие драматургии Пиранделло 19.53 KB
  в том же году писатель женится на Антуаньетте Портулато дочери компаньона отца от брака с которой у него было двое сыновей и дочь. Теоретические и эстетические взгляды на искусство писатель изложил в двух книгах 1908 г. писатель работал в основном в жанре романа и новеллы: однако после 1915 г. Писатель срывал со своих персонажей маски освобождал от иллюзий придирчиво исследовал их интеллект и личность.
34530. Литературный процесс 1 половины 20 в. Общие тенденции развития 15.11 KB
  20 века изобилие экспериментов в литературе изобретаются новые формы новые приемы новые религии. Модернизм 20 века вступает в новую стадию которая называется авангардизм. Реализм 20 века отличается тем что использует ранее несовместимые приемы. В литературе складывается концепция человека.
34531. Своеобразие критического реализма первой половины 20 века 16.97 KB
  Литература стремится проникнуть в сферу иррационального подсознания. Массовая литература=паралитература Она не является искусством это популярная коммерческая литература приносящая моментальный доход является удобным средством манипулирования сознанием. Массовая литература оказала сильное влияние на реализм благодаря развитию книгопечатания. Масс литература превратила духовные ценности в массовый товар рассчитана на массовость и примитивность.