Както е известно, почвата се деформира под натиск. Характерът и големината на деформацията зависят от естеството на почвата, метода на натоварване и граничните условия на деформация на почвата. Деформационните свойства на почвите се определят от следните основни природни фактори: 1) структура и текстура; 2) състав и концентрация на разтвора на порите; 3) химичен и минералогичен състав на почвения скелет; 4) температура на околната среда. Влиянието на някои природни фактори върху деформируемостта на почвите зависи главно от структурата на почвата, т.е. върху дисперсията, плътността и разположението на частиците в пространството и връзките между частиците. В зависимост от метода на натоварване на почвата, деформациите се разграничават при статични (стъпаловидни), ударни и динамични методи за прилагане на натиск. Най-често деформационните свойства на почвите в основите на конструкциите се определят при статично натоварване. В специални случаи деформационните свойства на почвите се определят под действието на ударни натоварвания (набиване, експлозия и др.), Вибрации, както и под въздействието на хидростатично, главно отрицателно (капилярно) налягане, което възниква, когато водата намалява в диспергирани почви.
Деформационните свойства на дисперсните почви се определят от тяхната свиваемост при натоварване, причинена от изместването на частиците една спрямо друга и съответно намаляването на обема на порите поради деформацията на частици от скала, вода и газ. При определяне на свиваемостта на почвите се разграничават показатели, които характеризират зависимостта на крайната деформация от натоварването и промяната на деформацията на почвата във времето при постоянно натоварване. Първата характеристика на индикаторите включва коефициент на уплътняване, степен на компресия, модул на утаяване, втората - коефициент на консолидация.
Деформационните свойства на почвите се определят както в лабораторни условия върху проби с нарушени или ненарушени структурни връзки, така и в полеви условия. Лабораторните тестове все още са основният метод за изследване на свойствата на почвите, тъй като те позволяват сравнително просто да се прехвърлят различни натоварвания върху почвата, да се изследва поведението на почвата в широк диапазон от промени във физическото състояние и условията на околната среда и да се симулират сложни случаи на работа на почвата в основата или тялото на конструкциите. Методите за полево изпитване позволяват по-точно да се отрази влиянието на текстурните характеристики на почвата върху нейната деформируемост.
За изследване на свиваемостта на почвите в полеви условия се използва пресометър - устройство, базирано на компресия и измерване на деформацията на почвата, разположена в стените на открит отвор и определяща модула на свиваемост.
20. Към основните характеристики якостни свойства на почвитевключват: устойчивост на срязване на почвата по земната повърхност и по повърхността на замръзване; устойчивост на компресия, напрежение; адхезия и ъгъл на вътрешно триене, еквивалентна адхезия.
В почвата има прости и сложни напрегнати състояния.
Простото състояние на стрес съответства на проявата на един от видовете стрес: компресия, напрежение, срязване. Състоянието на напрежение в почвен масив съответства на сложно състояние на напрежение, когато всички видове прости състояния на напрежение се появяват едновременно в различни комбинации.
Те позволяват да се отклони слягането на конструкциите, да се определи стабилността на скалите в основата им и при изграждането на основи да се използва максимално носещата способност на почвите. Индикаторите, изразяващи устойчивостта на срязване на скалите, позволяват да се проектира полагането на склонове на язовири, насипи, язовири, стени на кариери с минимално количество изкопни работи, да се определи стабилността на склоновете и свлачищата, да се определи рационалното напречно сечение и стабилността на различни структури, включително. бетонни язовири. Свиваемостскали наричаме способността му да намалява обема при натоварване. Когато скалата се компресира от вертикално натоварване при условия на свободно странично разширение при едноосно компресиране, относителната деформация (e) е съотношението на абсолютното намаление на натоварения образец (Δh) към първоначалната му височина (h 0) e=Δh/h 0 Връзката между напрежението (δ) и стойността на относителната деформация (e) при натоварвания, по-малки от границата на пропорцията, се определя от израза: δ=Ee (E – модул на еластичност).
Якост на срязване. Якостни свойства на скалитесе определят от редица показатели, принадлежащи към категорията на показателите за пряко изчисление. Якостта на скалите се характеризира със способността да устояват на срязващите сили (устойчивост на срязване). Срязването е процесът на деформация и разрушаване на скалата поради изместването на една част от нея спрямо друга. Изместването по дадена област се причинява от тангенциално напрежение към нея. Якостта на срязване зависи от размера на вертикалното натоварване, приложено към пробата. Якостта на скалите се оценява главно според теорията на Мор, според която разрушаването на тялото става при определено ограничаващо съотношение на нормалните и срязващите напрежения.
Определянето на якостни и деформационни характеристики се извършва както в лабораторни, така и в полеви условия, при прости и сложни напрегнати състояния. Основните видове изпитвания са: едноосно натиск; празнина; смяна; усукване; компресия; осесиметрична триаксиална компресия от вертикално и радиално натоварване; осесиметрична триаксиална компресия с усукване; осесиметрична компресия на кух цилиндър с усукване; триаксиална компресия с независима настройка на трите основни направления; изпитване на динамометър в режим релаксация-пълзене.
21. Reol. свещени почви.При инженерно-геоложката оценка на скалите тези свойства са много важни. Ролята на всеки от тях обаче е различна, което зависи от състава на скалите.1) Водоустойчивост. Определянето на водоустойчивостта е най-важно, когато се оценяват глинести скали, които, когато са изложени на вода, губят кохезия и променят консистенцията или се накисват и разпадат. Скоростта и естеството на накисване характеризират водоустойчивостта , Някои разновидности на глинести скали силно набъбват при навлажняване и обемът им се увеличава с 25-30%. Промените в свойствата на глинестите скали се случват не само при навлажняване. Изсъхването на мокри глинести скали понякога е придружено от напукване, промени в твърдостта и намаляване на обема (свиване). Водата, действайки върху скалите, може също така да разтвори и излужи водоразтворимите части и по този начин да промени техните свойства. 2) Капацитет на влага. Капацитетът на влага на скалата се отнася до способността й да съдържа и задържа определено количество вода. В съответствие с това скалите се разграничават: влагоемки (глини, глинести), средно невлагоемки (песъчливи, пясъци m/z, s/z, тинести) и невлагоемки (пясъци s/z , ко/з, чакъл и др.). По отношение на невлагоемките скали трябва да говорим за тяхната водоемкост. Във влагоемките скали се разграничават общ, капилярен и молекулен капацитет на влага. Пълният капацитет на влага е пълното насищане на скалата с вода, т.е. изпълвайки всичките й пори. Чрез сравняване на естествената влага на скалата с влагата, съответстваща на пълната влагоемкост, се преценява степента на нейната водонаситеност. Капилярната влажност не съответства на пълното насищане на скалата с вода, а когато само капилярните пори са пълни с вода. Капацитетът на молекулярната влага се отнася до способността на скалите да задържат определено количество физически свързана вода. Максималното количество физически свързана вода, което една скала може да задържи на повърхността на своите частици, се нарича максимален капацитет на молекулна влага. От пясъчни скали, наситени с вода, не цялата вода може да тече свободно, а само тази част, която се подчинява на силата на гравитацията. Способността на пясъка и другите кластични скали, наситени с вода, да я освобождават чрез свободно изтичане характеризира техния воден добив. Невлагоемките скали имат тази способност. Добивът на вода от скалите е приблизително равен на разликата между техния общ капацитет на влага (W p) и максималния молекулен: W dep = W p -W m Характеристиките на загубата на вода от скалите са важни при решаването на много практически въпроси, например при проектиране на дренажи, вливане на вода в яма и др. 3) Капилярност. При значително повишаване на влажността на песъчливите и особено глинестите скали строителните им качества намаляват. Овлажняването на водата може да бъде причинено от проникване на вода от повърхността на земята или навлизането й отдолу от водоносен хоризонт под въздействието на налягането на капилярните сили. Капилярните сили образуват капилярна зона над нивото на подземните води, в рамките на която се наблюдава повишена влажност или насищане на скалите. При интензивно изпарение на капилярните води настъпва засоляване на почвата и образуване на солени блата. Известно е, че максималната височина на капилярно издигане в t/z и m/z пясъците може да достигне 1,5-2,0 м, в глинестите скали 3-4 м. В едрозърнестите скали тя е малка и няма практическо значение. 4) Водопропускливост. Основните водни свойства на скалите включват водопропускливост, т.е. способността да преминава вода под налягане. Данните, характеризиращи водопропускливостта на рохкави кластични и глинести скали, се използват широко в практиката за определяне на притоци в строителни ями, подземни изработки, методи за отводняване и др. Водопропускливостта на пясъците, камъчетата и другите рохкави седименти зависи от тяхната порьозност и порьозност. Глинените скали при ниско налягане са много слабо пропускливи, т.к размерът на порите им е малък. Движението на вода и други течности през пореста среда (скали) се нарича филтрация. Следователно водопропускливостта на пясъчните и глинестите скали е тяхната филтрираща способност. Мярка за водната проводимост на скалите е коефициентът на филтрация. В инженерно-геоложката практика те използват главно скоростния израз на коефициента на филтрация, базиран на уравнението v = K f I (k). Ако I=1, тогава v=K f m/ден, cm/ден.
В глинестите скали ефективната порьозност винаги е значително по-малка от общата порьозност и често е нула, т.к. пространството на порите до голяма степен е заето от физически свързана вода.
22. Релаксация.При натоварване с постоянна сила F възникват деформации,
развиващи се във времето. За да се спре развитието на тези деформации, е необходимо силата да се намали по определен закон F(t) Намаляването във времето на напрежението, необходимо за поддържане на постоянна деформация, се нарича релаксация на напрежението. От позицията на статистическата физика релаксацията може да се разглежда като процес на установяване на статистическо равновесие във физическа система, когато микроскопичните величини, характеризиращи състоянието на системата (стрес), асимптотично се приближават до своите равновесни стойности. Характеристиката на явлението релаксация на стреса е време за релаксация, равно на времето, през което напрежението намалява с e пъти, което характеризира продължителността на "уредения живот" на молекулите, т.е. определя подвижността на материала. Времето за релаксация варира за различните тела. За скалисти почви времето за релаксация варира в продължение на стотици и хиляди години, ЗА стъкло - ОКОЛО сто години, а за вода - 10-11 s. Например, скалите, които образуват земната кора, имат време на релаксация, измерено в хилядолетия, за въздуха 10-10, за водата 10-11, за леда стотни секунди. Ако продължителността на действието на силите върху земята е по-малка от периода на релаксация, тогава ще се развият предимно еластични деформации.
По този начин в рамките на 100-1000 секунди ледът се държи като еластично тяло (например, чупи се крехко при удар при условия на голямо натоварване). Когато натоварването намалее, ледът тече като вискозна течност. Подобно поведение - крехко счупване при бързо прилагане на натоварване и вискозен поток при продължително излагане на натоварване - се проявява ясно в замръзналите почви.
Ако времето на действие на силата върху почвата надвишава времето на релаксация, тогава в почвата възникват необратими деформации на пълзене и течение. С други думи, в зависимост от съотношението на времето на действие на силата към времето на релаксация, тялото ще се държи като твърдо или като течност. Периодът на релаксация е основната константа, която съчетава свойствата на твърдите и течните тела.Стойността на времето на релаксация може да се определи от съотношението на вискозитета r към еластичния (срязващ) модул: Твърдите тела, които включват диспергирани и скалисти почви, се характеризират с наличието на гранично напрежение на срязване Xk , наречено граница на провлачване и съвпадащо с границата на еластичност.
23-24. Основни физични и химични свойства на почвите. Тези свойства включват свойства, които се появяват в резултат на физико-химично взаимодействие между почвените компоненти. Те включват корозивни свойства на почвите, дифузия, осмотични, адсорбционни, както и лепкавост, пластичност, набъбване, овлажняване, свиване и други свойства на скалите. Корозивни свойства: корозията е процес на разрушаване на материали в резултат на техните химични, електрохимични или биохимични взаимодействия с околната среда. Подземната корозия се изразява в разрушаване на метални строителни материали, конструкции и тръбопроводи при взаимодействието им с почвите. Основните причини за подземна корозия са: 1) въздействието на почвената влага върху метална конструкция; 2) явлението електролиза. Тези явления се случват около тръбопровода, както и в райони, където се използва трамвайно и железопътно движение. Подобно разрушаване възниква в почвите в резултат на въздействието на блуждаещи електрически токове върху водата - солен разтвор в порите на почвата, който в резултат на такова взаимодействие ще се превърне в агресивен електролит CISO4; 3) действията на микроорганизмите в почвите, които причиняват биокорозия. Като цяло корозията на почвата зависи от много фактори. Основните включват химичен съставпочви и на първо място състава и количеството на разтворените соли, както и влажността на почвата, съдържанието на газ, структурата на почвата, тяхната електропроводимост и наличието на бактерии. Дифузия (от лат. Diffusion - разпространение, разпръскване, разпръскване), движението на частици от среда, водещо до пренасяне на вещество и изравняване на концентрациите или установяване на равновесно разпределение на концентрациите на частици от даден тип в среден. Осмоза (от гръцки Osmos - тласък, налягане), еднопосочно пренасяне на разтворител през полупропусклива преграда (мембрана), разделяща разтвора от чист разтворител или разтвор с по-ниска концентрация. Дифузията и осмозата водят до преразпределение на йони на веществото и водни молекули и са най-силно изразени в глинести почви. Осмозата в глините може да причини деформации на подуване или свиване. Например, ако поставите солена глинеста почва в прясна вода, ще настъпи осмотична абсорбция на вода и в резултат на това почвата ще набъбне. На практика такова подуване може да възникне в различни канали, положени в солени почви, след като са наводнени с прясна вода. Ако се получи обратното съотношение на концентрациите, т.е. разтворът в почвите е по-свеж, отколкото в канала, тогава в резултат на тяхното свиване ще настъпи осмотично изсмукване на вода от почвите. Адсорбцията на почвите е способността им да абсорбират определени частици или елементи на материята от преминаващите разтвори. Има няколко вида адсорбция: механична (задържане на частици поради конфигурация на порите); физически (поради взаимодействие на молекули между частици от разтвора и повърхностни пори); химически (поради химични взаимодействия); биологични (поради действието на растенията и различни микроорганизми). Някои видове адсорбция могат да се появят заедно (физико-химична адсорбция).
25. Свиване почва . Свиването на почвата е намаляване на нейния обем в резултат на отстраняване на водата по време на сушене или под въздействието на физикохимични процеси (осмоза и др.). В резултат на свиването почвата става по-плътна и след изсъхване дори твърда. Уплътняването на глинеста почва по време на свиване повишава нейната устойчивост на деформация, но наличието на пукнатини, които обикновено съпътстват свиването, увеличава водопропускливостта и намалява стабилността на повърхностния слой на почвата на склонове. В сух и горещ климат пукнатините на свиване разрушават глинеста почвена маса до дълбочина 7-8 м или повече.Свиването се проявява в максимална степен в глините; По-рядко се среща в други кохезионни скали.
лепкавост почва появява се при влажност по-голяма от Wm; достига най-голяма стойност в глинести почви. Лепкавостта на глините се увеличава с увеличаване на външното налягане и намаляване на влажността, максималната му стойност в повечето случаи се постига при максимален капацитет на молекулната влага. Лепкавостта на почвата зависи от категориите вода, съдържащи се в почвата, характеристиките на нейната химична и минерална част, площта на контакт между почвата и обекта и др. Стойността на лепкавостта на глинестите почви, с определено съотношение на техните характеристики към външни фактори, може да достигне 0,02-0,05 MPa. Следователно лепкавостта на почвата е един от факторите, които определят условията на работа на кофите, пътните и почвообработващите машини. Прилепването на почвата към повърхността на земекопни и транспортни машини и механизми води до намаляване на тяхната производителност при извършване на разкопки в кариери, при разработване на ями и др.
Водоустойчивосте способността на почвите да поддържат механична якост и стабилност при взаимодействие с водата. Взаимодействието на скалите с водата може да бъде статично и динамично: ефектът на спокойна вода причинява подуване и намокряне, докато хидродинамичният ефект причинява процеса на ерозия.
Накисваемост- това е способността на глинестите скали, когато абсорбират вода, да губят кохезия и да се превръщат в рохкава маса с частична или пълна загуба на носеща способност. Интензивността на процеса на накисване зависи от характера на структурните връзки, състава и състоянието на почвата. Скоростта и интензивността на ерозията зависят както от характера на въздействието на водата, така и от реакцията на скалата към това въздействие - ерозия. Рязката промяна на водоустойчивостта (например в резултат на атмосферни влияния) може да доведе до значително намаляване на носещата способност на почвите на основите на конструкциите и до появата на свлачища и свлачища в стените на строителни ями и дълбоки кариери.
РазмазванеНай-често се оценява чрез коефициента на устойчивост на скалите към ерозия.
ПластичностПочвите са способността им да променят формата си (деформират се), без да нарушават непрекъснатостта в резултат на външни въздействия и да запазят новата форма, получена при деформацията след прекратяване на външното въздействие. Пластичните свойства на почвите са тясно свързани с влажността и варират в зависимост от количеството и качеството на водата в почвата. Преходът на глинести скали от една форма на консистенция в друга става при определени стойности на влажност, които се наричат характерни нива или граници на влажност. В инженерно-геоложката практика най-широко се използват горната и долната граница на пластичност. Пластичните граници и числата на пластичност се използват широко при класифицирането на глинести почви, определяне на проектните съпротивления на почвата и груба оценка на стабилността на почвата в ями, изкопи и др.
Подуванепочвата се нарича увеличаването на нейния обем при взаимодействие с водата. Набъбването на почвата често се наблюдава при изкопаване на ями и изкопи и води до деформация на опори, пътни настилки, основи и др. За определяне на набъбването са предложени няколко метода, които могат да бъдат комбинирани в пет групи въз основа на оценката на набъбването: 1) чрез топлината на подуване; 2) чрез налягане на набъбване; 3) от обема на утайката, утаена в течността; 4) от количеството (обем или тегло) вода, което е причинило подуване; 5) чрез увеличаване на обема на почвата по време на набъбване.
Най-широко използваният метод в практиката на геотехническата работа е методът за изследване на набъбването въз основа на увеличаването на обема на почвата в процеса на насищане с вода (както е разработен от А. М. Василиев).
26. Движението на вода и други течности през порести среди (скали) се нарича филтриране. Следователно водопропускливостта на пясъчните и глинестите скали е тяхната филтрираща способност. Мярка за водната проводимост на скалите е коефициентът на филтрация. В инженерно-геоложката практика те използват главно скоростния израз на коефициента на филтрация, базиран на уравнението v = K f I (k). Ако I=1, тогава v=K f m/ден, cm/ден. Скоростта на движение на водата през пореста среда (скали) е правопропорционална на хидравличния градиент, т.е. съотношението на ефективното налягане към дължината на пътя на филтриране. Това е най-важният закон за водопропускливостта на пясъчните и глинестите скали - законът за ламинарната филтрация.
Скоростта на движение на водата също се определя от уравнението: v=Q/F (Q е количеството вода, филтрирано през скалата, m 3 ; F е площта на напречното сечение, m 2, през което се филтрира водата). Тъй като водата се движи само през порите, действителната скорост на филтриране (въз основа на по-малката действителна площ на напречното сечение на скалата) е по-голяма. Действителен коефициент на филтрация: K fd = K f /n (n – порьозност). Действителният коефициент на филтъра понякога се нарича коефициент на скорост на филтриране. В песъчливите скали K fd винаги е по-голям от коефициента на филтрация, определен директно в лабораторни условия. В глинестите скали ефективната порьозност винаги е значително по-малка от общата порьозност и често е нула, т.к. пространството на порите до голяма степен е заето от физически свързана вода. В строителството филтрационните свойства на почвата (нейната водопропускливост) се свързват с: 1. С инженерни задачи(филтриране на брегове в резултат на изграждане на язовир). 2. С въпроси за временно понижаване на нивото на подземните води (U.G.V.) за отводнителни ями. Лабораторен уред за определяне на филтрационните свойства на почвите е съд с поресто дъно (виж схемата), в който се поставя пясък. Водата се налива отгоре и нейният дебит се измерва (филтриране през пясъчна проба) на различни интервали от време. Ако в глинеста почва се създаде хидравличен градиент, който е по-малък от първоначалната стойност, в почвата няма филтрация и такава почва е водоносен хоризонт. Филологичните характеристики на почвите се използват при: 1. Изчисляване на дренажа. 2. Определяне на дебита на подземния водоизточник. 3. Изчисляване на слягането на конструкциите (фундаментите) във времето. 4. Изкуствено намаляване на U.G.V. 5. Изчисляване на шпунта при изкопаване на ями и окопи.
Нека отбележим редица характеристики, характерни за вечно замръзналите почви след размразяване:
Максималните стойности на водопропускливостта се отбелязват в зони на тектонична фрагментация и не се наблюдава затихване с дълбочина, което се обяснява с високото съдържание на лед, причинено от разширяването на диспергирания агрегат. След топенето на леда се образуват мощни филтрационни канали.
Водопропускливостта на вечно замръзналите почви след тяхното размразяване обикновено е променлива във времето, тъй като се влияе от два противоположни фактора. От една страна, кухините, които току-що са се образували в издигащия се масив след топенето на леда, са склонни да се затворят под въздействието на тежестта на горните почви или натоварвания от конструкции, в резултат на което водопропускливостта трябва да намалее. От друга страна, фино диспергираният агрегат, който след топенето на леда няма структура, осигуряваща силата на филтъра, може да бъде отмит от филтърния поток. Това води до увеличаване на водното съдържание на скалите. Капацитетът на филтриране на вечно замръзналите скали се оценява чрез резултатите от експериментална работа в предварително размразени зони или чрез косвени методи. Косвените методи за оценка на водоснабдяването на вечно замръзналите почви включват: изчисление; сравнение на зависимостите на показателите за водопропускливост от фрактуриране за размразени и замръзнали почви; Въздушно изпитване на кладенци; геофизични. Всички тези методи имат оценъчен характер.
Механични свойства на почвите Свойства на якост и деформация ГОСТ 12248 -96 МЕТОДИ ЗА ЛАБОРАТОРНО ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ХАРАКТЕРИСТИКИТЕ НА ЯКОСТ И ДЕФОРМАТИВНОСТ
Определение Механичните или деформационно-якостните свойства на почвата характеризират нейното поведение под въздействието на външно натоварване
Свиваемостта е способността на почвите да намаляват обема си под налягане. В дисперсните глинести почви свиваемостта се дължи главно на извличането на вода и газове от порестото пространство. Свиваемостта на пясъците възниква в резултат на промени в структурата на скелета и пренареждане на частиците. В скалисти почви - поради еластична деформация на скелета
Характеристики на свиваемост Характеристиките на свиваемост или свойства на деформация включват: u Модул на деформация u Коефициент на Поасон u Коефициент на свиваемост u Коефициенти на консолидация u Коефициент на повторно консолидиране
Напреженията са вътрешни сили (налягане), които възникват в тялото в отговор на външни натоварвания.
Общи и ефективни напрежения Напреженията, възникващи във водонаситени почви, се определят от два фактора - силите, които възникват при контактите между минералните частици (в почвения скелет) и налягането, създадено от водата, изстискана от порите. Ефективното напрежение (GOST 12248-96) е напрежението, действащо в скелета на почвата, дефинирано като разликата между общото напрежение в почвената проба и налягането в течността на порите. Привидни, въображаеми, неутрални и т.н. напрежение-напрежениесъздаден от налягането на изцедена вода Общо напрежение - ефективно + привидно напрежение
Общи и ефективни напрежения Разглеждайки почвата като двуфазна система, състояща се от скелет - минерални частици и порова вода, въвеждаме понятията: u Pz - ефективен натиск, налягане в почвения скелет (уплътнява и укрепва почвата). u Рw – неутрално налягане, налягане в порната вода (създава налягане във водата, предизвиквайки нейното филтриране). Във всеки един момент от време в напълно наситена с вода почвена маса е в сила следната зависимост: P = Pz + Pw, където P е общото налягане. Ефективното напрежение се определя в този случай като: Pz = P - Pw (според Алексеев S.I., 2007)
Pw е налягането, създадено от водата, изстискана от порестото пространство на почвата по време на деформация. Това налягане причинява напрежения, наречени „минимални“. u С течение на времето въображаемите напрежения постепенно се отпускат (отпускат). В песъчливите почви процесът на релаксация протича бързо (понякога мигновено), в глинести почви - много по-бавно. u Причината за тази разлика е разликата в скоростта и характера на филтрирането на водата при натоварване. u
Консолидация на почвата по време на натиск В общия случай на прилагане на външен товар върху наситена с вода почва, натиск първоначално възниква поради еластични деформации на порестата вода и почвения скелет. След това започва процесът на филтрационна консолидация, поради изстискването на водата от порите на почвата. u След завършване на процеса на филтриране започва процесът на вторична консолидация на почвата, определен от бавното изместване на частиците една спрямо друга при условия на леко изстискване на водата от почвените пори. Първичната консолидация е филтрационна консолидация, вторичната консолидация се дължи на пълзене. u
Теория на филтрационната консолидация Основната позиция на теорията на филтрационната консолидация: уплътняването на диспергирана водонаситена почва възниква поради изстискването на вода от нея по време на компресиране на порестото пространство Какви напрежения причиняват консолидация на почвата? Само ефективни, тоест пренесени в почвения скелет. Неутралното налягане не влияе на компресията на почвата.
Уравнението на Павловски е в основата на теорията на филтрационната консолидация u. Това уравнение за едномерния случай има формата u, където q е единичният дебит на филтрирана вода (скорост), m/s; n - порьозност на почвата; z координата (филтрирането става по оста z), m; t - време, s.
Уравнението за едномерен проблем е както следва: За пространствен проблем то има формата u, където c. V - коефициент на консолидация; - Налягане на порите
Коефициентът на консолидация Cv има размерност m 2/s. Той показва скоростта на процеса на консолидация - колкото по-висок е коефициентът на консолидация, толкова по-бързо протича.
Филтриране в пясъци и глини Филтрирането възниква поради разлики в налягането или поради наличието на филтрационен градиент.
Първоначален градиент В глинестите почви няма свободна вода, чийто поток е обект на гравитация. Водата в глинестите почви се съдържа в много малки, често затворени пори и не може да се филтрира сама. За да започне филтрирането в глинеста почва, е необходимо да се приложи допълнително налягане върху нея, създавайки определен градиент, който се нарича начален градиент. Начален филтрационен градиент (i 0) стойността на филтрационния градиент в глинести почви, при която започва практически забележимо филтриране
Закон на Дарси: Vpot = Kf * i, Vpot - дебит i - градиент на налягане Kf - комплект за филтриранеЗаконът на Дарси, като се вземе предвид първоначалният градиент на филтриране, се изразява, както следва: Vpot = Kf * (i-i 0) за i>i 0, Vpot = 0 за i
Пълзене (съгласно GOST) u Пълзене е развитието на деформации на почвата във времето при постоянно напрежение. u Етапът на незатихващо (нестабилно) пълзене е процесът на деформация на почвата с постоянна или нарастваща скорост при постоянно напрежение
Деформациите на основата на Исакиевския храм (според Дашко и др.) са следствие от пълзене http: //georec. хората ru/mag/2002 n 5/7/7. htm Надеждна слабо свиваема почва Слаба силно свиваема почва (пълзяща почва) Надеждна слабо свиваема почва
Теория на еластичността. Закон на Хук. Еластичното напрежение на натиск и/или опън е правопропорционално на напрежението: ε = Рх/Е, където ε – относителна деформация Рх – напрежение (налягане), MPa E – модул на Юнг, MPa
Физическото значение на модула на Юнг Модул на Юнг (E, MPa) - отразява съотношението между относителната линейна деформация и напрежението. Определя се от състава и свойствата на материала (в нашия случай почвите) и варира в зависимост от състава и свойствата на последния. Не зависи от големината на напрежението на натиск.
Еластична деформация Еластичната деформация е относително изменение на размера и формата на тялото под въздействието на външно натоварване. След отстраняване на товара формата и размерите се възстановяват.
Еластични деформации По посока на деформацията се делят на надлъжни (спрямо посоката на приложеното натоварване) и напречни. Относителна надлъжна деформация: x= (h 1 -h 2)/h 1 Относителна напречна деформация: y= (S 2 -S 1)/S 1
Коефициент на Поасон () Коефициентът на Поасон е отношението на относителните линейни деформации на тялото в посока, напречна на действието на товара, към относителните линейни деформации в надлъжна посока: = ε y/ε x
Коефициент на свиваемост () и модул на обемна деформация (K) на еластични тела u В случай на цялостно равномерно свиване на твърдо тяло, законът на Хук приема формата: където p=(px+py+pz)/3. Стойността p се нарича средно нормално напрежение.
Коефициент на свиваемост (m 0) и модул на обемна деформация (K) на еластични тела u Въз основа на предишния можем да намерим израз за коефициента на свиваемост или неговата обратна стойност - модул на обемна деформация K на еластична среда: Не зависи от големината на напрежението на натиск.
Изпитване на компресия u 5. 4. 1. 1 Изпитването на почвата по метода на компресия се извършва за определяне на следните характеристики на деформация: коефициент на свиваемост mo, модул на деформация E, коефициент на консолидация. . . u 5. 4. 1. 2 Тези характеристики се определят въз основа на резултатите от изпитването на почвени проби в устройства за компресия (одометри) ..., като се изключва възможността за странично разширение на почвената проба, когато е натоварена с вертикално натоварване.
Деформации При компресиране в компресионно устройство настъпва намаляване на обема и (основно) намаляване на обема на порестото пространство (и следователно на порьозността). Това дава възможност да се изрази обемната деформация чрез промени в стойностите на порьозността напр.
Деформация на почвата Почвата не е съвършено еластично тяло. В глинестите почви, наред с еластичните, се появяват и пластични деформации, което нарушава линейния характер на връзката между напрежението и деформацията.
Крива на компресия - хиперболична графика на зависимостта на натоварванията и коефициента на порьозност e Коефициент на порьозност (функция обем-деформация) e 0 i етап на натоварване e 1 e 2 i+1 етап на натоварване Праволинеен сегмент P, MPa Ps P 1 P 2 вертикално налягане e 0 - начална стойност на естествената порьозност, Рs минимално налягане, при което започва забележима деформация
Коефициент на напречна деформация β-коефициент, отчитащ отсъствието на странично разширение на почвата в компресорното устройство β=1 - (2 2/(1 -)) Коефициентът (коефициентът на Поасон) се определя от данните от триаксиалното изпитване. Ако тези данни липсват, се приема, че стойностите му са: - За пясъци и песъчливи глинести: 0. 30 -0. 35 - За твърди глини и глини: 0. 2 -0. 3 - За полутвърди глини и глини: 0. 30 -0. 38 - За силно течни пластични глини и глини: 0. 38 -0. 45
Модул на деформация (E, MPa) - коефициент на пропорционалност на линейната зависимост между увеличенията на налягането върху образеца и неговата обемна деформация. Той е подобен по природа на обемния модул на деформация (K) в закона на Хук, но зависи от големината на напрежението на натиск. При определяне на E обемната деформация V приблизително съответства на промените в коефициента на порьозност e на съответните етапи на деформация: V e
Относителна свиваемост на i-тия етап Коефициентът на относителна свиваемост (относителна вертикална деформация) на i-тия етап на натоварване се определя като отношението на височината, с която образецът се е променил от дадено натоварване към първоначалната височина на компресирания проба: εi = Δhi/h
Изчисляване на коефициента на порьозност на i-тия етап на натоварване Коефициентът на порьозност на i-тия етап на натоварване се изчислява като: e 0 - начален (първоначален) коефициент на порьозност ei- коефициент на порьозност на i-тия етап на натоварване i- относителна свиваемост на i-тия етап на натоварване
Изчисляване на модула на деформация Съгласно ГОСТ 12248 -96 общият модул на деформация E се изчислява по формулите: Еi-(i+1)= ((Рi – Pi+1)/(еi – еi+1))* β Или Еi-(i +1)= ((1+ео)/mo)*β ео- коефициент на порьозност на естествената почва e- стойности на коефициента на порьозност при I и i+1 степени на натоварване mo- коефициент на свиваемост β - набор от страниразширения
Натоварвания и свиваемост Натоварванията или специфичното налягане от много видове конструкции (блокови пететажни сгради, земни насипи с височина около 10 m и др.) са в диапазона от 200 до 300 KPa. Въз основа на това почвите според тяхната свиваемост в диапазона на налягането 200-300 KPa могат да бъдат класифицирани на: u mo mo >1/10 MPa - умерено свиваеми u mo >1/10 MPa - слабо свиваеми
Коефициент на консолидация u. Коефициент на филтрация s. V и вторична консолидация - показатели, характеризиращи скоростта на деформация на почвата при постоянно налягане поради филтриране на вода (p. V) и пълзене на почвата с
Коефициент на консолидация Коефициентите на консолидация се използват за оценка на скоростта на развитие на седимента. Cv - cm 2/min, час, година C - cm 2/min, час, година Тези стойности се определят чрез графично-аналитичен метод с помощта на крива на компресия (Приложение N, GOST 12248-96) или чрез специални тестове в устройство за компресиране.
Вътрешно налягане Вътрешното (литостатично или естествено или планинско и т.н.) налягане (Pb) се определя като: Pb = *H H- дълбочина, m - специфично тегло (MN/m 3)
Специфичното тегло на почвата, като се вземе предвид тегловният ефект на водата (за водонаситени почви), се определя по формулата u = (s - w)/ (1 + e), където: u s – специфично тегло на почвените частици се изчислява: u s = s * g където: u s – плътност на почвените частици t/m 3 u g – гравитационно ускорение = 9,81 m/s2 u w – специфично тегло на водата = 0,01 MN/m 3 u e – коефициент на порьозност (безразмерен) u
Диаграма на вертикалните напрежения Почвените маси при естествени условия са в напрегнато състояние поради натиск от почвените слоеве. В условия, при които няма възможност за странично издуване, вертикалното напрежение нараства с дълбочина: bz= ∑ gi * i *hi, i- брой слоеве, gгравитационно ускорение, i- специфично тегло на i-тия слой, hi- дълбочина на покривът (долният) i-ти слой.
Определения GOST 30416-96 Стабилизирано състояние на почвата, характеризиращо се с края на деформацията на уплътняване при определено натоварване и отсъствието на излишно налягане в течността на порите. u Нестабилизирано състояние на почвата, характеризиращо се с непълни деформации на уплътняване при определено натоварване и наличие на свръхналягане в поровата течност. u
Свръхконсолидирани и недостатъчно консолидирани почви Почвите, чиято свиваемост е по-ниска от очакваната при дадено битово налягане, се наричат свръхконсолидирани. Свръхконсолидацията е следствие от компресията на почвите в дълбочина на пласта и последващото им освобождаване на повърхността в резултат на ерозия на покриващите седименти, резултат от компресия под натиска на древни ледници и др. Характеризират се с ниска свиваемост и понякога се подува. Като цяло те са надеждни основания.
Почви, чиято свиваемост е по-висока от очакваната при дадено околно налягане, се наричат недостатъчно консолидирани. Те се образуват в резултат на много бързо натрупване (лавинно утаяване) и други причини. Типични недоконсолидирани почви са льос, както и морски и алувиално-морски тини, сапропели и торф. Характеризира се с наличието на излишно порно налягане над хидростатичното; висока свиваемост; нестабилност при динамично натоварване, като цяло са много ненадеждни основи.
Свръхконсолидация и недостатъчна консолидация I - интервал от натоварвания, които не превишават битовото налягане II - интервал от товари, превишаващи битовото налягане e Рs - максимално битово налягане, което се е случило в геоложката история (налягане преди уплътняване) За свръхконсолидирани почви: Рs>Pb За недостатъчно консолидирани почви : Рs
Комплект за повторно уплътняване За оценка на уплътняването на почвата се използва комплектът за повторно уплътняване KPU. Въз основа на стойностите на CPC, почвите могат да бъдат класифицирани: u недостатъчно уплътнени CPC 4.
Коефициентът на повторно уплътняване на KPU се изчислява като: KPU = Ps/Pb, където: u Ps - налягане преди уплътняване, MPa u Pb - модерно битово налягане, MPa
Комплект за повторно уплътняване Недоуплътнените почви са склонни към слягане под въздействието на собственото си тегло. В същото време те се характеризират с ниска якост, висока свиваемост и нестабилност при динамични натоварвания. Като цяло те са ненадеждни основания. u Прекомерно уплътнените почви имат висока якост, ниска свиваемост и могат да набъбват. При KPU>6 страничният натиск на почвата може да надхвърли 2, което трябва да се вземе предвид при проектирането на подземни конструкции. Като цяло те са надеждни основания. u
Якостни свойства Якостта на срязване на почвите се определя от кохезията (наличието на структурни връзки) и триенето между частиците. Структурни връзки - връзкимежду структурни елементи (частици, агрегати, кристали и др.), които изграждат почвите
Характеристики на якостните свойства C - кохезия (специфична адхезия), MPa φ - ъгъл на вътрешно триене, градуси τ - съпротивление на срязване на почвата, MPa R - съпротивление на едноосно натиск Su - недренирано съпротивление на срязване, MPa
Структурни връзки според степента на якост Механични - триене между частици (в пясък, едри и глинести почви) Водно-колоидни или коагулационни (по същество адхезията на частиците) - причинени от електромагнитни (Van der Wals - Van der Wals) сили на междумолекулни привличане (глинести дисперсни почви) Циментиране - възникват поради запълването на порестото пространство с минерална маса, която циментира частиците (полускали) Кристализация - вътре в кристалите и между кристалите (магмени и метаморфни скали)
Якост и разрушаване Якостта на почвите се определя главно от структурните връзки между отделни частици (кристали или зърна) и/или агрегати от частици и кристални сраствания. Силата на самите елементарни кристали, частици или минерални агрегати е от второстепенно значение. Разрушаването на почвата настъпва, когато при достигане на определени гранични напрежения структурните връзки се разрушават и настъпва необратимо движение на частиците една спрямо друга.
Налягането P от теглото на надземната част на конструкцията и собственото тегло на основата се разсейва в почвената маса. Разлагаме получената R на два компонента и компресираме почвените частици един към друг и практически не можем да ги унищожим (почвени частици - кварц, фелдшпат и др.) Разрушаване 2000 kgf / cm 2200 MPa - такива напрежения практически не възникват под основата .
u Това означава, че разрушаването на почвата възниква от действието на тангенциални напрежения (). Под въздействието на тези напрежения почвените частици се изместват спрямо техните контакти, зърната навлизат в пространството на порите и протича процес на уплътняване на почвата с появата на плъзгащи се повърхности в някои области
Теория на Coulomb-Mohr Според тази теория якостта на почвата се определя от връзката между нормалните и тангенциалните напрежения: = σ * tanφ+ C, където - - тангенциално напрежение - σ - Нормално напрежение - C - кохезия - φ - ъгъл на вътрешно триене
Физическо и геометрично значение на C и φ Геометрично значение (съгласно GOST 30416 -96): u Ъгъл на вътрешно триене - параметър на пряката зависимост на съпротивлението на срязване на почвата от вертикалния натиск, определен като ъгъла на наклона на тази права линия към абсцисната ос. u Специфичното сцепление на почвата е параметър на пряката зависимост на устойчивостта на срязване на почвата от вертикалния натиск, дефиниран като сегмента, отрязан от тази права линия по ординатната ос. Физическо значение: u Специфична адхезия - силата или якостта на структурните връзки u Ъгъл на вътрешно триене - сили на триене между частиците Могат да се разграничат два компонента на адхезията: 1 - якост на структурните връзки (Cc) 2 - якост, дължаща се на триене (ΣW) - механични връзки
Якост на глинести почви τ В кохезионни глинести почви, съдържащи пясъчни частици с циментация или водно-колоидни връзки, якостта се определя както от адхезията, така и от ъгъла на вътрешно триене φ τ = σ * tg φ + C C σ 0
Якост на глинести почви τ В кохезионни глинести почви, които не съдържат пясъчни частици, с циментация или водно-колоидни връзки, якостта се определя като адхезия τ = C C σ 0
Якост на песъчливи почви τ В насипни пясъчни почви якостта се определя главно от ъгъла на вътрешно триене, а стойностите на C са относително малки τ = σ * tg φ φ σ
Определяне на якостните характеристики по метода на едноплоскостния разрез u u 5. 1. 1. 1 Изпитването на почвата по метода на едноплоскостния разрез се извършва за определяне на следните якостни характеристики: устойчивост на срязване на почвата τ, ъгъл на вътрешно триене φ, специфичен адхезия C, за пясъци (с изключение на чакълести и едри), глинести и органично-минерални почви. 5. 1. 1. 2 Тези характеристики се определят въз основа на резултатите от изпитването на почвени проби в устройства за срязване в една равнина с фиксирана равнина на срязване чрез изместване на една част от пробата спрямо другата част с тангенциално натоварване, като едновременно с това се натоварва образец с товар, нормален към равнината на срязване
Устройство за срязване u Устройството за срязване в една равнина се състои от два пръстена (долен и горен). Долният пръстен е фиксиран в кутията за смяна. Горната може да се движи спрямо долната.
NN, KN и KD (съгласно GOST 30416 -96) Консолидирано дренирано изпитване на почвата за определяне на характеристиките на якост и деформируемост с предварително уплътняване на пробата (в одометъра) и изстискване на вода от нея по време на цялото изпитване. Консолидирано изпитване на недренирана почва за определяне на якостните характеристики с предварително уплътняване на пробата и изстискване на вода от нея само по време на уплътняването. Неконсолидирано недренирано изпитване на почвата за определяне на якостните характеристики без предварително уплътняване на пробата при липса на изстискване на вода от нея по време на цялото изпитване.
Съпротивление на срязване Съпротивлението на срязване на почвата е характеристика на якостта на почвата, определяща се от стойността на напрежението на срязване, при което настъпва разрушаването (срязването). u Съпротивлението на срязване на почвата (τ, MPa) се определя като стойността на натоварването на срязване Q, разделено на площта на срязване A на пробата при дадена стойност на нормалното натоварване F. u τ = Q/A, MPa
Защо ви трябват минимум три точки? τ - устойчивост на срязване на почвата, MPa Третата точка играе коригираща роля
Схеми за изпитване на срязване: неконсолидирано-недренирано изпитване - за водонаситени глинести и песъчливи почви - изпитване без предварително уплътняване и без водовземане; u консолидиран недрениран тест - за нестабилизирани глинести почви - тест с предварително уплътняване (в одометър) под налягане, еквивалентно на битовото налягане + налягане от конструкцията и без извличане на вода; u консолидиран дрениран тест - за стабилизирани глинести почви и пясъци - тест с предварително уплътняване и водна екстракция u
Метод на едноосно натиск 5. 2. 1. 1 Изпитването на почвата по метода на едноосно натиск се извършва за определяне на следните якостни характеристики: якост на едноосно натиск (R) за скалисти полускалисти почви; недренирана устойчивост на срязване за водонаситени глинести почви (Su). 5. 2. 1. 2 Едноосната якост на натиск се определя като съотношението на вертикалното натоварване, приложено към образеца, при което образецът се разрушава, към площта на първоначалното му напречно сечение.
Триаксиална компресия (най-модерният метод) 5. 3. 1. 1 Изпитването на триаксиална компресия на почвата се извършва, за да се определят следните характеристики на якост и деформируемост: ъгъл на вътрешно триене φ, специфична кохезия C, недренирано съпротивление на срязване Su, модул на деформация E и коефициент на странична деформация v за пясъчни, глинести, органоминерални и органични почви. 5. 3. 1. 2 Тези характеристики се определят въз основа на резултатите от изпитване на почвени проби в триаксиални компресионни камери, които позволяват странично разширение на почвената проба при условия на триосно осесиметрично статично натоварване...
Характеристики на метода По време на изпитването цилиндрична проба от почвата се поставя в гумена обвивка.Налягането върху пробата се създава от работещо бутало (вертикално натоварване F) и цялостно водно налягане.За разлика от компресията, срязването и едноосното компресиране, не само измерват се вертикални и надлъжни (на срязване) деформации, но също така и обемна деформация (чрез измерване на обема и налягането на водата в камерата)
Триаксиални изпитвания на почви с циклични натоварвания Целта на този метод е да се оценят якостните свойства при динамични натоварвания (земетресения, морски вълни, вибрации на конструкция и др.) С този метод почвената проба се излага на редуващи се натоварвания на натиск и опън . Циклите на компресия и опън се редуват с период и честота, съответстващи на очакваното динамично въздействие. Методите за изпитване не са регламентирани.
6. Якостта и деформируемостта на замръзналите почви се определят чрез следните методи: Тестове със сферичен печат u Едноплоско нарязване по повърхността на замръзване u Едноосно натиск u Всички изпитвания се провеждат при отрицателна външна температура, която в идеалния случай трябва да съответства до естествената температура на замръзналата почва
Какво да направите, ако свойствата на деформация и якост на почвите не са определени и са налични само стойностите на физичните свойства? 1. 2. Якостните и деформационните свойства са взети от материали, получени в съседни зони. За предварителни изчисления на основите... е позволено да се определят стандартните и проектните стойности на характеристиките на якост и деформация на почвите въз основа на техните физически характеристики от Приложение 1 на SNi. П 2. 01 -83. Основи и основи.
Стандартни стойности на специфична адхезия cn, k Pa (kgf / cm 2), ъгъл на вътрешно триене n, град. , тинесто-глинести нельосови почви от кватернерни отложения
Стандартни стойности на специфична адхезия cn, k Pa (kgf / cm 2), ъгъл на вътрешно триене n, град. и модул на деформация E, MPa (kgf/cm2), пясъчни почви от кватернерни отлагания
SP 22.13330.2011
Актуализирана версия на SNiP 2.02.04-88
Автор НИИОСП на името на Н. М. Герсеванов
Глава 5.3. П.:
- Основните параметри на механичните свойства на почвите, които определят носещата способност на основите и тяхната деформация, са якостта и деформационните характеристики на почвите (ъгъл на вътрешно триене φ, специфична адхезия ° С, едноосна якост на натиск на скалисти почви Rc, модул на деформация ди коефициента на напречна деформация υ на почвите). Разрешено е да се използват други параметри, които характеризират взаимодействието на основите с фундаментната почва и се установяват експериментално (специфични сили на повдигане по време на замръзване, коефициенти на твърдост на основата и др.).
Забележка - Освен това, с изключение на специално посочените случаи, терминът "характеристики на почвата" означава не само механичните, но и физическите характеристики на почвите, както и параметрите, посочени в този параграф.
SP 50-101-2004 „Проектиране и монтаж на основи
и основи на сгради и съоръжения"
Автор NIIOSP кръстен след. Н. М. Герсеванова, Държавно унитарно предприятие Мосгипрониселстрой
клауза 5.1.8
Физическите и механични характеристики на почвите включват:
- - плътност на почвата и нейните частици и влажност (GOST 5180 и GOST 30416);
- - коефициент на порьозност;
- - гранулометричен състав за едри почви и пясъци (GOST 12536);
- - влажност на границите на пластичност и течливост, номер на пластичност и индекс на течливост за глинести почви (GOST 5180);
- - ъгъл на вътрешно триене, специфична адхезия и модул на деформация на почвите (GOST 12248, GOST 20276, GOST 30416 и GOST 30672);
Вижте Стандартни стойности на тези характеристики - Приложение A SP 22.13330.2016
- - временна устойчивост при едноосно натиск, показатели за омекване и разтворимост за скалисти почви (GOST 12248).
Физическите характеристики на почвите включват:
За специфични почви, чиито конструктивни характеристики на основите са посочени в раздел 6 от SP 22.13330.2011, и при проектирането на основите на подземни части на конструкции (виж раздел 9), трябва допълнително да се определят характеристиките, посочени в тези раздели .
Почвите със специфични неблагоприятни свойства включват:
- Слягащи почви
Набъбващи почви
Засолени почви
Органоминерални и органични почви
Елувиални почви
Насипни почви
Алувиални почви
Пухкави почви
Консолидирани почви
При определяне на проектното съпротивление на почвата Рпричини дървени къщипринадлежащи към 3-ти по-нисък клас на отговорност, съгласно табличните стойности R0(B.1-B.10 от Приложение B) няма изискване за определяне на такива физически и механични характеристики като:
Ъгъл на вътрешно триене, специфично сцепление, модул на деформация и коефициент на странична деформация на почвите (GOST 12248, GOST 20276, GOST 30416 и GOST 30672);
Вижте пример за определяне на свойствата на почвите за подмяна на основа на страницата на уебсайта: „Пример за изчисляване на основата на дървена къща“
Дефиниции
Приложение А. стр.:
- Коефициент на порьозност eопределя се по формулата (виж A.6 GOST 25100-2011)
e = (ρ s - ρ d)/ρ d, (A.5)
- ρ s - плътност на почвените частици (скелет), маса на единица обем твърди (скелетни) почвени частици g/cm3;
ρ d - плътност на сухата почва, съотношението на масата на почвата минус масата на водата и леда в нейните пори към първоначалния й обем, g/cm3, определено по формулата
- Плътност на суха почва (скелет) ρ dопределя се по формулата (виж A.16 GOST 25100.2011)
ρ d = ρ/(1+ w), (A.8)
- където ρ е плътността на почвата, g / cm 3 (виж GOST 5180);
w- естествена влажност на почвата, %
- Дебит I L- отношението на разликата във влажността, съответстваща на две състояния на почвата: естествено W и на границата на търкаляне Wp, към числото на пластичност Ip
A.18 GOST 25100-2011, Дебит I Л d.u., - индикатор за състоянието (консистенцията) на глинестите почви; определена по формулатаI L = (w - w p)/I p, (A.9)
- където w е естествената влажност на почвата,% (виж GOST-5180-84);
w p - влажност на границата на търкаляне,% (виж GOST 5180);
I p - номер на пластичност,%, (виж A.31 GOST 25100-2011)
- Номер на пластичност I p(Виж A.31 GOST 25100-2011), %; определена по формулата
I p = w L - w p , (A.17)
- където w L е съдържанието на влага при границата на провлачване, % (виж 4 GOST 5180);
w p - влажност на границата на търкаляне,% (виж 5 GOST 5180)
Свиваемост- способността на почвата да намалява обема си под въздействието на външна сила, характеризираща се с коефициента на свиваемост m 0(тангенс на ъгъла на наклона на кривата на компресия), определен по формулата (виж 5.4 GOST 12248-2010)
m 0 = (e i - e i+1)/ (p i+1 - p i) 5,32
- e i и e i+1 са коефициенти на порьозност, съответстващи на наляганията p i и p i+1.
- Въз основа на стойностите на хоризонталното срязване и нормалните натоварвания, измерени по време на изпитването, тангенциалните и нормалните напрежения τ и σ, MPa се изчисляват по формулите:
τ = 10Q/A; (5.3)
σ = 10F/A; (5.4) - Специфична адхезия ° СИ ъгъл на вътрешно триене φ
почва се определят като параметри на линейна зависимост
τ = σ tan(φ) + c (5.5)
- τ и φ се определят по формули (5.3) и (5.4) = Q/A, (5.1) - тангенциални напрежения и
= F/A, (5.2) - нормални напрежения
Q и F са съответно тангенциални и нормални сили към равнината на срязване, kN
A - площ на рязане, cm2
Източник: ГОСТ 12248-2010 Плътност на почвата ρ - съотношението на масата на почвата, включително масата на водата в нейните пори, към обема, зает от тази почва (g/cm 3 t/m 3)
плътност на суха почва ρ d е съотношението на масата на сухата почва (без масата на водата в нейните пори) към обема, зает от тази почва (g/cm 3 t/m 3)
плътност на почвените частици ρ s е съотношението на масата на сухата почва (без масата на водата в нейните пори) към обема на твърдата част на тази почва (g/cm 3 t/m 3). Общ капацитет на влага Wo - максималното възможно съдържание на всички възможни видовевода, когато порите му са напълно запълнени.
w sat = n.ρ w/ ρ d
- където: n – порьозност, единици,
ρ w– плътност на водата, g/cm3,
ρ d – плътност на суха почва.
Механични свойства на почвите- това е способността им да устояват на промените в обема и формата си в резултат на силови и физически въздействия.
деформация- капацитет на почвата сила– капацитет на почвата
устояват на развитието на деформации; устои на разрушението;
Механичните свойства се влияят от естеството на структурните връзки на частиците, размера на частиците и минералния състав и влажността на почвата. Основните механични свойства на почвите са: свиваемост; якост на срязване; водопропускливост.
Свиваемост.
Способността на почвата да намалява обема си под въздействието на натоварвания от уплътняване се нарича свиваемост, слягане или деформация. По своята физическа структура почвата се състои от отделни частици с различни размери и минерален състав (почвен скелет) и пори, изпълнени с течност (вода) и газ (въздух). Когато възникнат напрежения на натиск, настъпват промени в обема поради намаляване на обема на порите, разположени вътре в почвата, пълна с вода. По този начин свиваемостта зависи от много фактори, основните от които са физическият състав, вида на структурните връзки на частиците и големината на натоварването.
Според характера на свиването еластичните и пластичните деформации се разделят. Еластичните деформации възникват в резултат на натоварвания, които не надвишават структурната якост на почвите, т.е. не разрушават структурните връзки между частиците и се характеризират със способността на почвата да се връща в първоначалното си състояние след отстраняване на натоварванията. Пластичните деформации разрушават почвения скелет, разрушават връзките и преместват частиците една спрямо друга. В този случай обемните пластични деформации уплътняват почвата поради промени в обема на вътрешните пори, а срязващите пластични деформации - поради промени в първоначалната й форма и до разрушаване. При изчисляване на свиваемостта на почвата основните характеристики на деформация се определят в лабораторни условия според коефициента на относителна свиваемост, коефициента на странично налягане и коефициента на странично разширение.
Якост на срязване
Пределната якост на срязване е способността на почвата да устои на движението на части от почвата една спрямо друга под въздействието на тангенциални и директни напрежения. Този показател се характеризира с якостните свойства на почвите и се използва при изчисляване на основите на сгради и конструкции. Способността на почвата да понася натоварване, без да се срутва, се нарича якост. В песъчливи и едрозърнести несвързани почви устойчивостта се постига главно поради силата на триене на отделните частици; такива почви се наричат рохкави почви. Глинените почви имат по-висока устойчивост на срязване, защото... Заедно със силата на триене, срязването се противопоставя на силите на сцепление. В строителството този показател е важен при изчисляване на фундаментни основи и производство на земни конструкции с наклони.
Съпротивлението на срязване t на глинести почви се определя от уравнението на Кулон:
За песъчливи почви, поради липсата на адхезионни сили, устойчивостта на срязване приема формата:
Водопропускливост
Водопропускливостта се характеризира със способността на почвата да пропуска вода през себе си под въздействието на разликите в налягането и се определя от физическата структура и състава на почвата. При равни други условия, с физическа структура с по-ниско съдържание на пори и с преобладаване на глинести частици в състава, водопропускливостта ще бъде по-ниска от тази на порестите и песъчливи почви, съответно. Този показател не трябва да се подценява, тъй като... в строителството влияе върху устойчивостта на земните конструкции и определя степента на уплътняване на фундаментните почви.
Деформационни и якостни свойства на почвите и техните характеристики.
Свиваемостпочвата характеризира способността им да се деформират без разрушаване под въздействието на външно натоварване. Деформационните свойства на почвите се характеризират с общия модул на деформация д , коефициент на Поасон, коефициенти на свиваемост и консолидация, модули на срязване и обемна компресия. Свиваемостта на дисперсните почви под натоварване се дължи на изместването на минералните частици една спрямо друга и съответно намаляване на обема на порите.
Сила на почватаопределени от техните якост на срязване , което може да се опише с линейната кулонова зависимост
τ = p tanφ + c,
Където τ – якост на срязване, MPa; Р – нормално налягане, MPa; tg φ – коефициент на вътрешно триене; φ – ъгъл на вътрешно триене, градуси; ° С – съединител, MPa.
Количества φ И ° С необходими за инженерни изчисления на якост и стабилност.
Якостта на скалните почви се определя преди всичко от техните структурни връзки, т.е. сцепление, но най-вече чрез напукване.
Якостта на опън на скалната почва при едноосно натиск (якост на натиск) е важна класификационна характеристика, което класифицира почвата като скалиста (> 5 MPa) или нескалиста (< 5 МПа).
Химическият и минерален състав, структурата и текстурата на почвите, съдържанието на органични вещества се определят в геоложки лаборатории, оборудвани с необходимото оборудване (рентгенов електронен микроскоп и др.). Физическите и механични свойства на почвите се изследват в лаборатории по почвознание и на терен при бъдещи строителни обекти. Специално вниманиеВ същото време се обръща внимание на надеждността на получените резултати.
За всяка почвена характеристика се правят няколко определения и се извършва техният статистически анализ. За всеки IGE трябва да има поне три дефиниции.
Почвена лаборатория.Почвените проби за лабораторни изследвания се избират от почвени слоеве в ями и сондажи на обекти.
Почвените проби се доставят в лабораторията под формата на монолити или насипни проби. Монолитите са проби от почва с ненарушена структура, която трябва да има размери 20 х 20 х 20 см. В тинесто-глинести почви трябва да се запази естествената влага поради водоустойчива парафинова или восъчна обвивка на повърхността им. В рохкави почви (пясък , чакъл и др.) се вземат проби с тегло най-малко 0,5 kg.
В лабораторни условия е възможно да се определят всички физични и механични характеристики, всяка според собствения си GOST: естествена влажност и плътност на почвата - GOST 5180-84, якост на опън - GOST 17245-79, гранулометричен (зърнен) състав - GOST 12536- 79 и др. В лабораторията се определят влажността, плътността на почвените частици и някои други.
Работа на терен.Изследването на почвите на терен дава предимство пред лабораторния анализ, тъй като позволява да се определят всички стойности на физико-механичните характеристики в естествената поява на почвите, без да се разрушава тяхната структура и текстура, като същевременно се поддържа режимът на влага. В този случай се симулира работата на почвени маси в основите на сгради и конструкции. Подобни изследвания на почвата се използват все повече през последните години, като в същото време се усъвършенстват техническите средства и се използват компютри. Експресните методи ви позволяват бързо да получите свойства на почвата. За да се предвиди поведението на почвените маси през периода на експлоатация на сградите и конструкциите, е препоръчително да се комбинират интелигентно лабораторни и полеви изследвания.
Сред методите за изпитване на деформация на почвите за свиваемост трябва да се има предвид референтният метод полеви тестове за щамповане (ГОСТ 20278-85). Резултатите от други методи за изпитване, както полеви (пресиометрия, динамично и статично водещо), така и лабораторни (компресионни и стабилометрични) трябва да се сравняват с резултатите от щамповани тестове.
При определяне на якостните характеристики на почвите най-надеждните резултати се получават от полеви тестове за рязане на почвени стълбове директно на строителната площадка (GOST 23741-79). Поради високата цена и трудоемкостта тази работа се извършва само за структури от ниво I (клас) на отговорност. Те включват сгради и съоръжения с голямо икономическо значение, социални съоръжения и изискващи повишена надеждност (основни сгради на топлоелектрически централи, атомни електроцентрали, телевизионни кули, промишлени тръби над 200 m, сгради на театри, циркове, пазари, учебни заведения и др. ).
За други случаи на строителство (конструкции от клас II и III) доста надеждни показатели с И φ получени в резултат на лабораторни изпитвания на почви в устройства за плоско срязване (GOST 12248-78) и триаксиално компресиране (GOST 26518-85).
Характеристиките на якост могат да бъдат определени и с помощта на метода на сондиране на острието, резултатите от който при проектиране на критични структури се сравняват с тестове на срязване, за да се гарантира надеждността на резултатите.
Деформационни изпитвания на почви.Свиваемостта на почвите се изследва чрез щампови методи, пресометри, динамично и статично сондиране.
Метод на печат. INВ нескалистите почви щампите се монтират на дъното на ями или на дъното на сондажи, към които се пренасят статични натоварвания (GOST 20276-85). Печат в ямата – това е стоманена или стоманобетонна кръгла плоча с площ от 5000 cm2. За да се създаде дадено налягане под щампата, се използват крикове или платформи с товар (фиг. 49).
Слягането на матриците се измерва с помощта на деформометри. Почвените проби се вземат в ямата на маркировката на дъното на щампата и извън нея за паралелни лабораторни изследвания. Щампата се натоварва на етапи в зависимост от вида на почвата и нейното състояние, като се задържа до стабилизиране на деформациите. В резултат на тестовете се изграждат графики на зависимостта на слягането на щампата от налягането и времето на етапите на натоварване.След това се изчислява модулът на деформация на почвата по формулата д , MPa.
Печат в пробития отворд.Изпитването на почвата се извършва в кладенец с диаметър над 320 mm и дълбочина до 20 м. На дъното на кладенеца се спуска печат с площ от 600 cm 2. Натоварването върху печата се предава чрез прът, върху който е разположена платформа с товар. Модулът на деформация също се определя от формулата.
Пресиометрични изследванияизвършвани в глинести почви. Пресометърът е гумена цилиндрична камера, спусната в кладенец до определена дълбочина и разширена под налягане на течност или газ. При създадените налягания се измерват радиалните премествания на стените на сондажа, което дава възможност да се определят модулът на деформация и якостните характеристики на почвата.
Ориз. 49. Определяне на свиваемостта на почвата с помощта на марки:
a, b – ями; в – сондаж; 1 – печати; 2 – крик;
3 – анкерни пилоти; 4 – платформа с товар; 5 - прът
Сондиране(или проникване ) се използва за изследване на дебелината на почвата до дълбочина 15–20 м. Въз основа на съпротивлението на метален връх (сонда) да проникне в почвата се определят плътността и здравината на почвите и тяхната променливост във вертикално сечение. Сондирането се отнася до експресни методи за определяне на механичните свойства на песъчливи, глинести и органични почви, които не съдържат или имат малко примеси от трошен камък или камъчета. Според метода на потапяне на върха се разграничава сондиране динамичен и статичен . При статично сондиране конусът се притиска плавно в земята, а при динамично сондиране се набива с чук.
Статично и динамично наблюдениепозволява:
Разделете дебелината на почвата на отделни слоеве;
Определяне на дълбочината на скалисти и едри почви;
Определете приблизителната плътност на пясъците, консистенцията на глинестите почви и определете модула на деформация;
Оценява качеството на изкуствено уплътнени почви в насипи и наносни образувания;
Измерете дебелината на органичните почви в блатата.
На фиг. 50 показва станция за регистриране на проникване.
Ориз. 50. Станция за проникване и каротаж:
1 – сонда-сензор; 2 – прът; 3 – мачта; 4 – хидравличен цилиндър; 5 – комуникационен канал; 6 – апаратна станция; 7 – табло за управление
Изпитване на якост на почви.Устойчивостта на срязване на почвите се определя от граничните стойности на напрежението по време на повреда. Експериментите се провеждат в ями, оставяйки колонни стълбове от ненарушена почва, към които се прилагат сили на натиск и срязване. За да се определи правилно вътрешното триене и специфичната адхезия, експериментът се провежда върху най-малко три колони при различни сили на натиск. Преместването също се извършва чрез въртене на работното колело, което е устройство с четири остриета. Той се притиска в земята и се върти, като същевременно се измерва въртящият момент, който се използва за изчисляване на устойчивостта на срязване.
опитен строителни работи . По време на изграждането на обекти от първо ниво на отговорност (клас), теренните изследвания на почвите стават особено важни, поради което те прибягват до експериментална работа.
Опитни купчини. На строителната площадка инвентарният пилот се потапя и се наблюдава характера на потапянето му и устойчивостта на почвата. Чрез прилагане на товари върху купчината и измерване на валежите на всяка стъпка се определя носещата способност на почвата при условия на естествена влажност и при накисване. Резултатите от теста се сравняват с изчислените данни, базирани на лабораторни изследвания на почвата.
Опитни фондации. Основите на бъдещата сграда са положени в пълен размер и на проектната дълбочина. Натоварва се основата от бъдещата сграда и се наблюдава компресията на фундаментната почва. Така се определя реалната носимоспособност на почвата и слягането на бъдещата сграда.
Експериментални сгради. Количествената оценка на свойствата на слягане на льоса се основава на данни от лабораторни и полеви изследвания на почвата. В реални условия при издигнати пълноразмерни сгради льосовата основа се насища с вода и се наблюдава характера на развитието на процеса, определят се стойностите на слягане и се оценява състоянието на строителните конструкции. Подобна експериментална работа се извършва при оценка на динамичните ефекти върху строителни конструкции и основи.
Обработка на резултатите от почвените изследвания. Свойствата на почвените масиви се оценяват въз основа на физико-механични характеристики в резултат на лабораторни изследвания на отделни почвени проби и теренна работа на територията на масива. Получените в лабораторията и на терен характеристики отговарят само на местата, където са взети проби и са извършени полеви почвени изследвания. В тази връзка разпръснатите резултати от изследванията и нормативните показатели трябва да бъдат обобщени, т.е. статистически обработени, за да се получат средни стойности и последващо използване в изчисленията.
Стационарни наблюденияпо време на инженерно-геоложки и хидрогеоложки проучвания се извършват за оценка на развитието на неблагоприятни геоложки процеси (карст, свлачища и др.), режима подземни водиИ температурен режимВ избрани характерни зони за наблюдение се монтира мрежа от еталони и се извършват инструментални наблюдения на тяхното движение и др. Измерванията се извършват по време на експлоатацията на сградите и съоръженията, но могат да започнат и през проектните периоди. Продължителност на работата – до 1 година или повече.