Kao što je poznato, tlo se deformira pod pritiskom. Priroda i veličina deformacije ovise o prirodi tla, načinu opterećenja i rubnim uvjetima deformacije tla. Svojstva deformacije tla određuju sljedeći glavni prirodni čimbenici: 1) struktura i tekstura; 2) sastav i koncentracija otopine pora; 3) kemijski i mineraloški sastav skeleta tla; 4) temperatura okoline. Utjecaj pojedinih prirodnih čimbenika na deformabilnost tla uglavnom ovisi o strukturi tla, tj. o disperziji, gustoći i položaju čestica u prostoru te vezama među česticama. Ovisno o načinu opterećenja tla, deformacije se razlikuju na statički (stepenasti), udarni i dinamički način djelovanja pritiska. Najčešće se deformacijska svojstva tla na temeljima konstrukcija određuju pod statičkim opterećenjem. U posebnim slučajevima deformacijska svojstva tla određuju se pod djelovanjem udarnih opterećenja (nabijanje, eksplozija itd.), vibracija, kao i pod utjecajem hidrostatskog, uglavnom negativnog (kapilarnog) tlaka koji nastaje smanjenjem vode u raspršenom tla.
Svojstva deformacije disperznih tla određena su njihovom stlačivošću pod opterećenjem, uzrokovanom pomicanjem čestica jedna u odnosu na drugu i, sukladno tome, smanjenjem volumena pora zbog deformacije čestica stijene, vode i plina. Pri određivanju stišljivosti tla razlikuju se pokazatelji koji karakteriziraju ovisnost konačne deformacije o opterećenju i promjenu deformacije tla tijekom vremena pod stalnim opterećenjem. Prva karakteristika pokazatelja uključuje koeficijent zbijanja, omjer kompresije, modul slijeganja, drugi - koeficijent konsolidacije.
Deformacijska svojstva tla određuju se kako u laboratorijskim uvjetima na uzorcima s prekinutim ili neprekinutim strukturnim vezama, tako i u terenskim uvjetima. Laboratorijska ispitivanja još su uvijek glavna metoda proučavanja svojstava tla, jer omogućuju relativno jednostavan prijenos različitih pritisaka na tlo, proučavanje ponašanja tla u širokim rasponima promjena agregatnog stanja i uvjeta okoliša te simulaciju složenih slučajeva. rada tla u osnovi ili tijelu konstrukcije. Metode terenskog ispitivanja omogućuju točnije odraz utjecaja teksturnih značajki tla na njegovu deformabilnost.
Za proučavanje stlačivosti tla u terenskim uvjetima koristi se pressometar - uređaj koji se temelji na kompresiji i mjerenju deformacije tla lociranog u stijenkama otvorene bušotine i određivanju modula stlačivosti.
20. Na glavne karakteristike svojstva čvrstoće tla uključuju: otpornost na smicanje tla uz tlo i duž površina koje se smrzavaju; otpornost na kompresiju, napetost; adhezija i kut unutarnjeg trenja, ekvivalentna adhezija.
U tlu postoje jednostavna i složena stanja naprezanja.
Jednostavno stanje naprezanja odgovara manifestaciji jedne od vrsta naprezanja: kompresije, napetosti, smicanja. Stanje naprezanja u masi tla odgovara složenom stanju naprezanja, kada se sve vrste jednostavnih stanja naprezanja pojavljuju istovremeno u različitim kombinacijama.
Omogućuju otklanjanje slijeganja konstrukcija, utvrđivanje stabilnosti stijena u njihovoj osnovi, a pri izradi temelja maksimalno iskorištavanje nosivosti tla. Pokazatelji koji izražavaju otpornost stijena na smicanje omogućuju projektiranje polaganja kosina brana, nasipa, brana, rubova kamenoloma s minimalnom količinom iskopa, utvrđivanje stabilnosti kosina i klizišta, određivanje racionalnog presjeka i stabilnosti razne strukture, uključujući. betonske brane. Stišljivost stijenama nazivamo njegovu sposobnost smanjenja volumena pod opterećenjem. Kada je stijena sabijena vertikalnim opterećenjem u uvjetima slobodnog bočnog širenja pod jednoosnom kompresijom, relativna deformacija (e) je omjer apsolutnog smanjenja opterećenog uzorka (Δh) prema njegovoj početnoj visini (h 0) e=Δh/h 0 Odnos između naprezanja (δ) i vrijednosti relativne deformacije (e) pri opterećenjima manjim od granice razmjera određen je izrazom: δ=Ee (E – modul elastičnosti).
Smična čvrstoća. Svojstva čvrstoće stijena određuju se nizom pokazatelja koji pripadaju kategoriji pokazatelja izravnog izračuna. Čvrstoću stijena karakterizira sposobnost odupiranja silama smicanja (otpor na smicanje). Smicanje je proces deformacije i razaranja stijene zbog pomicanja jednog njezinog dijela u odnosu na drugi. Pomak duž određenog područja uzrokovan je tangencijalnim naprezanjem na njemu. Smična čvrstoća ovisi o količini okomitog opterećenja primijenjenog na uzorak. Čvrstoća stijena ocjenjuje se uglavnom prema Mohrovoj teoriji, prema kojoj do razaranja tijela dolazi pri određenom graničnom omjeru normalnih i posmičnih naprezanja.
Određivanje karakteristika čvrstoće i deformacije provodi se u laboratorijskim i terenskim uvjetima, pri jednostavnim i složenim stanjima naprezanja. Glavne vrste ispitivanja su: jednoosna kompresija; praznina; pomak; torzija; kompresija; osnosimetrična troosna kompresija vertikalnim i radijalnim opterećenjem; osnosimetrična troosna kompresija s torzijom; osnosimetrična kompresija šupljeg cilindra s uvijanjem; triaksijalna kompresija s neovisnim podešavanjem sva tri glavna smjera; ispitivanje na dinamometru u režimu relaksacije-puzanja.
21. Reol. sveta tla. U inženjersko-geološkoj ocjeni stijena ova su svojstva vrlo važna. Međutim, uloga svakog od njih je različita, što ovisi o sastavu stijena.1) Otpornost na vodu. Utvrđivanje vodootpornosti je najvažnije kada se procjenjuju glinaste stijene koje, kada su izložene vodi, gube koheziju i mijenjaju konzistenciju ili se natapaju i raspadaju. Brzina i priroda namakanja karakterizira otpornost na vodu.Neke vrste glinenih stijena jako bubre kada se vlaže, a njihov volumen se povećava za 25-30%. Promjene u svojstvima glinastih stijena događaju se ne samo kada se navlaže. Sušenje mokrih glinastih stijena ponekad je praćeno pucanjem, promjenom čvrstoće i smanjenjem volumena (skupljanjem). Voda, djelujući na stijene, također može otapati i ispirati dijelove topive u vodi i time mijenjati njihova svojstva. 2) Kapacitet vlage. Kapacitet vlage stijene odnosi se na njenu sposobnost da sadrži i zadrži određenu količinu vode. Sukladno tome, stijene se razlikuju: vlažno intenzivne (gline, ilovače), srednje nevlažno intenzivne (pjeskovine, pijesci m/z, s/z, muljevite) i nevlažno intenzivne (pjeskovi s/z , ko/z, šljunak itd.). U odnosu na stijene koje nisu intenzivne za vlagu, treba govoriti o njihovom kapacitetu za vodu. U stijenama s intenzivnom vlagom razlikujemo ukupni, kapilarni i molekularni kapacitet vlage. Puni kapacitet vlage je potpuna zasićenost stijene vodom, tj. ispunjavajući joj sve pore. Usporedbom prirodne vlažnosti stijene s vlagom koja odgovara punom kapacitetu vlage prosuđuje se stupanj njezine zasićenosti vodom. Kapacitet kapilarne vlage ne odgovara potpunoj zasićenosti stijene vodom, već kada su samo kapilarne pore ispunjene vodom. Molekularni kapacitet vlage odnosi se na sposobnost stijena da zadrže određenu količinu fizički vezane vode. Maksimalna količina fizički vezane vode koju stijena može zadržati na površini svojih čestica naziva se maksimalni kapacitet molekularne vlage. Iz pješčanih stijena zasićenih vodom ne može slobodno otjecati sva voda, već samo onaj dio koji se pokorava sili gravitacije. Sposobnost pijeska i drugih klastičnih stijena zasićenih vodom da je oslobode slobodnim protokom karakterizira njihov prinos vode. Stijene koje nisu intenzivne vlage imaju ovu sposobnost. Prinos vode u stijenama približno je jednak razlici između njihovog ukupnog kapaciteta vlage (W p) i maksimalnog molekularnog: W dep = W p -W m Karakteristike gubitka vode u stijenama važne su u rješavanju mnogih praktična pitanja, npr. kod projektiranja drenaža, dotoka vode u jamu i sl. 3) Kapilarnost. Značajnim povećanjem vlažnosti pjeskovitih, a posebno glinastih stijena, opadaju njihove građevinske kvalitete. Ovlaživanje vode može biti uzrokovano infiltracijom vode s površine zemlje ili njezinim ulaskom odozdo iz vodonosnika pod utjecajem pritiska kapilarnih sila. Kapilarne sile tvore kapilarnu zonu iznad razine podzemne vode unutar koje se uočava povećana vlažnost ili zasićenost stijena. Intenzivnim isparavanjem kapilarnih voda dolazi do zaslanjivanja tla i stvaranja slanih močvara. Poznato je da maksimalna visina kapilarnog dizanja u t/z i m/z pijescima može doseći 1,5-2,0 m, u glinovitim stijenama 3-4 m. U krupnozrnatim stijenama ona je mala i nema praktičnog značaja. 4) Vodopropusnost. Glavna svojstva stijena za vodu uključuju vodopropusnost, tj. sposobnost propuštanja vode pod pritiskom. Podaci koji karakteriziraju vodopropusnost rastresitih klastičnih i glinovitih stijena naširoko se koriste u praksi za određivanje dotoka u građevne jame, podzemne radove, metode odvodnje itd. Vodopropusnost pijeska, šljunka i drugih rastresitih sedimenata ovisi o njihovoj poroznosti i poroznosti. Glinene stijene pri niskim tlakovima vrlo su slabo propusne jer veličina pora im je mala. Kretanje vode i drugih tekućina kroz porozni medij (stijenu) naziva se filtracija. Prema tome, vodopropusnost pijeska i glinenih stijena je njihova sposobnost filtracije. Mjera provodljivosti vode stijena je koeficijent filtracije. U inženjersko-geološkoj praksi uglavnom se koristi brzinski izraz koeficijenta filtracije, koji se temelji na jednadžbi v = K f I (k). Ako je I=1, tada je v=K f m/dan, cm/dan.
Kod glinovitih stijena efektivna poroznost je uvijek znatno manja od ukupne poroznosti i često je jednaka nuli, jer prostor pora velikim dijelom zauzima fizički povezana voda.
22. Opuštanje. Pri opterećenju konstantnom silom F dolazi do deformacija,
razvijajući se tijekom vremena. Za zaustavljanje razvoja ovih deformacija potrebno je smanjiti silu prema određenom zakonu F(t).Smanjenje vremena naprezanja potrebnog za održavanje konstantne deformacije naziva se relaksacija naprezanja. Sa stanovišta statističke fizike, relaksacija se može smatrati procesom uspostavljanja statističke ravnoteže u fizičkom sustavu, kada se mikroskopske veličine koje karakteriziraju stanje sustava (naprezanje) asimptotski približavaju svojim ravnotežnim vrijednostima. Karakteristika fenomena relaksacije stresa je vrijeme opuštanja, jednako vremenu tijekom kojeg se napon smanjuje za e puta, što karakterizira trajanje "staloženog života" molekula, tj. određuje pokretljivost materijala. Vremena opuštanja razlikuju se za različita tijela. Za stjenovita tla vrijeme relaksacije varira tijekom stotina i tisuća godina, ZA staklo - OKO sto godina, a za vodu - 10-11 s. Na primjer, stijene koje čine zemljinu koru imaju vrijeme opuštanja koje se mjeri tisućljećima, za zrak 10-10, za vodu 10-11, za led stotinama sekundi. Ako je trajanje djelovanja sila na tlo kraće od perioda relaksacije, tada će se razviti uglavnom elastične deformacije.
Tako se unutar 100-1000 sekundi led ponaša kao elastično tijelo (na primjer, krhko se lomi pri udaru u uvjetima velikog opterećenja). Kada se opterećenje smanji, led teče kao viskozna tekućina. Slično ponašanje - krti lom pri brzoj primjeni opterećenja i viskozno tečenje pri produljenom izlaganju opterećenju - jasno se očituje u smrznutim tlima.
Ako vrijeme djelovanja sile na tlo premaši vrijeme relaksacije, tada u tlu nastaju ireverzibilne deformacije puzanja i tečenja. Drugim riječima, ovisno o omjeru vremena djelovanja sile i vremena opuštanja, tijelo će se ponašati kao krutina ili kao tekućina. Period relaksacije je glavna konstanta koja spaja svojstva krutih i tekućih tijela.Vrijednost vremena relaksacije može se odrediti iz omjera viskoznosti r i modula elastičnosti (smicanja): Čvrsta tijela, u koja spadaju dispergirana i kamenita tla, karakterizirane su prisutnošću graničnog smičnog naprezanja Xk, koje se naziva granica tečenja i podudara se s granicom elastičnosti.
23-24 (prikaz, stručni). Osnovna fizikalna i kemijska svojstva tla. Ova svojstva uključuju svojstva koja se javljaju kao rezultat fizikalno-kemijske interakcije između komponenti tla. Tu spadaju korozivna svojstva tla, difuzijska, osmotska, adsorpcijska, kao i ljepljivost, plastičnost, bubrenje, vlaženje, skupljanje i druga svojstva stijena. Korozivna svojstva: korozija je proces razaranja materijala kao rezultat njihove kemijske, elektrokemijske ili biokemijske interakcije s okolinom. Podzemna korozija izražava se u razaranju metalnih građevinskih materijala, konstrukcija i cjevovoda tijekom njihove interakcije s tlom. Glavni uzroci podzemne korozije su: 1) djelovanje prizemne vlage na metalna konstrukcija; 2) pojava elektrolize. Ove se pojave događaju oko cjevovoda, kao iu područjima gdje se koristi tramvajski i željeznički promet. Slična destrukcija se događa u tlima kao rezultat utjecaja lutajućih električnih struja na vodu - slanu otopinu u porama tla, koja će kao rezultat takve interakcije postati agresivni elektrolit CISO4; 3) djelovanje mikroorganizama u tlu koje uzrokuje biokoroziju. Općenito, korozija tla ovisi o mnogim čimbenicima. Glavni od njih su kemijski sastav tla i prije svega sastav i količina otopljenih soli, kao i vlažnost tla, sadržaj plina, struktura tla, njihova električna vodljivost i prisutnost bakterija. Difuzija (od latinskog Diffusion - širenje, širenje, raspršivanje), kretanje čestica medija, što dovodi do prijenosa tvari i izjednačavanja koncentracija ili uspostavljanja ravnotežne raspodjele koncentracija čestica određene vrste u srednji. Osmoza (od grčkog Osmos - potiskivanje, pritisak), jednosmjerni prijenos otapala kroz polupropusnu pregradu (membranu) koja odvaja otopinu od čistog otapala ili otopine niže koncentracije. Difuzija i osmoza dovode do preraspodjele iona tvari i molekula vode i najizraženije su u glinenim tlima. Osmoza u glinama može uzrokovati deformacije bubrenja ili skupljanja. Na primjer, ako stavite slano glineno tlo u slatku vodu, doći će do osmotske apsorpcije vode i, kao rezultat toga, tlo će nabubriti. U praksi se takvo bubrenje može dogoditi u različitim kanalima položenim u slanim tlima nakon što su poplavljena slatkom vodom. Ako se dogodi suprotan omjer koncentracija, odnosno otopina u tlima je svježija nego u kanalu, tada će uslijed njihovog skupljanja doći do osmotskog usisavanja vode iz tla. Adsorpcija tla je njihova sposobnost da apsorbiraju određene čestice ili elemente tvari iz prolaznih otopina. Postoji nekoliko vrsta adsorpcije: mehanička (zadržavanje čestica zbog konfiguracije pora); fizički (zbog interakcije molekula između čestica iz otopine i površinskih pora); kemijski (zbog kemijskih interakcija); biološki (zbog djelovanja biljaka i raznih mikroorganizama). Određene vrste adsorpcije mogu se pojaviti zajedno (fizikalno-kemijska adsorpcija).
25. Skupljanje tlo . Skupljanje tla je smanjenje njegovog volumena kao rezultat uklanjanja vode tijekom sušenja ili pod utjecajem fizikalno-kemijskih procesa (osmoza i dr.). Uslijed skupljanja, tlo postaje gušće, a nakon sušenja čak i tvrdo. Zbijanje glinenog tla tijekom skupljanja povećava njegovu otpornost na deformacije, ali prisutnost pukotina, koje obično prate skupljanje, povećava vodopropusnost i smanjuje stabilnost površinskog sloja tla na padinama. U suhim i vrućim klimatskim uvjetima, pukotine skupljanja razbijaju masu glinenog tla do dubine od 7-8 m ili više. Skupljanje se u najvećoj mjeri očituje u glinama; Rjeđi je u drugim kohezivnim stijenama.
Ljepljivost tlo pojavljuje se pri vlažnosti većoj od Wm; najveću vrijednost postiže u glinastim tlima. Ljepljivost gline raste s povećanjem vanjskog tlaka i smanjenjem vlažnosti, a svoju maksimalnu vrijednost u većini slučajeva postiže pri maksimalnom kapacitetu molekularne vlage. Ljepljivost tla ovisi o kategoriji vode sadržane u tlu, karakteristikama njegovog kemijskog i mineralnog dijela, površini kontakta između tla i objekta itd. Vrijednost ljepljivosti glinenih tla, uz određeni omjer njihovih karakteristika na vanjske čimbenike, može doseći 0,02-0,05 MPa. Stoga je ljepljivost tla jedan od čimbenika koji određuju radne uvjete žlica, cestovnih i strojeva za obradu tla. Prianjanje tla na površinu strojeva i mehanizama za zemljane i transportne radove uzrokuje smanjenje njihove produktivnosti pri izvođenju radova raskrivanja u kamenolomima, pri razvoju jama itd.
Otpornost na vodu je sposobnost tla da zadrži mehaničku čvrstoću i stabilnost u interakciji s vodom. Međudjelovanje stijena s vodom može biti statičko i dinamičko: djelovanje mirne vode uzrokuje bubrenje i vlaženje, dok hidrodinamički učinak uzrokuje proces erozije.
Natopljenost- to je sposobnost glinovitih stijena da pri upijanju vode izgube koheziju i pretvore se u rastresitu masu s djelomičnim ili potpunim gubitkom nosivosti. Intenzitet procesa natapanja ovisi o prirodi strukturnih veza, sastavu i stanju tla. Brzina i intenzitet erozije ovise kako o prirodi udara vode tako i o reakciji stijene na taj udar - eroziji. Oštra promjena otpora vode (na primjer, kao posljedica atmosferilija) može dovesti do značajnog smanjenja nosivosti tla temelja građevina i do pojave klizišta i klizišta u stranama građevinskih jama i dubokim kamenoloma.
Zamućenost Najčešće se procjenjuje koeficijentom otpornosti stijena na eroziju.
Plastičnost Tla su njihova sposobnost da mijenjaju svoj oblik (deformiraju se) bez prekidanja kontinuiteta kao posljedica vanjskih utjecaja i da zadrže novi oblik dobiven deformacijom nakon prestanka vanjskog utjecaja. Plastična svojstva tla usko su povezana s vlagom i variraju ovisno o količini i kakvoći vode u tlu. Prijelaz glinene stijene iz jednog oblika konzistencije u drugi događa se pri određenim vrijednostima vlažnosti, koje se nazivaju karakteristične razine ili granice vlažnosti. U inženjersko-geološkoj praksi najviše se koriste gornja i donja granica plastičnosti. Granice plastičnosti i brojevi plastičnosti naširoko se koriste u klasifikaciji glinastih tla, određivanju proračunske otpornosti tla i gruboj procjeni stabilnosti tla u jamama, iskopima itd.
Oteklina tlo se naziva povećanje njegovog volumena u interakciji s vodom. Bubrenje tla često se uočava pri kopanju jama i iskopa i dovodi do deformacije nosača, cestovnih površina, temelja itd. Za određivanje bubrenja predloženo je nekoliko metoda koje se mogu kombinirati u pet skupina na temelju procjene bubrenja: 1) pomoću toplina otekline; 2) pritiskom bubrenja; 3) volumenom taloga koji se istaložio u tekućinu; 4) količinom (volumenom ili težinom) vode koja je uzrokovala oticanje; 5) povećanjem volumena tla tijekom bubrenja.
Najraširenija metoda u praksi geotehničkih radova je metoda proučavanja bubrenja koja se temelji na povećanju volumena tla u procesu zasićenja vodom (kako ga je razvio A. M. Vasiljev).
26. Kretanje vode i drugih tekućina kroz porozne medije (stijene) naziva se filtriranje. Prema tome, vodopropusnost pijeska i glinenih stijena je njihova sposobnost filtracije. Mjera provodljivosti vode stijena je koeficijent filtracije. U inženjersko-geološkoj praksi uglavnom se koristi brzinski izraz koeficijenta filtracije, koji se temelji na jednadžbi v = K f I (k). Ako je I=1, tada je v=K f m/dan, cm/dan. Brzina kretanja vode kroz porozne medije (stijene) izravno je proporcionalna hidrauličkom gradijentu, tj. omjer efektivnog tlaka i duljine filtracijskog puta. To je najvažniji zakon vodopropusnosti pješčanih i glinenih stijena – zakon laminarne filtracije.
Brzina kretanja vode također je određena jednadžbom: v=Q/F (Q je količina vode filtrirane kroz stijenu, m 3 ; F je površina presjeka, m 2 kroz koji se voda filtrira). Budući da se voda kreće samo kroz pore, stvarna stopa filtracije (na temelju manjeg stvarnog presjeka stijene) je veća. Stvarni koeficijent filtracije: K fd = K f /n (n – poroznost). Stvarni koeficijent filtra ponekad se naziva i koeficijent brzine filtracije. U pjeskovitim stijenama K fd je uvijek veći od koeficijenta filtracije, određenog izravno u laboratorijskim uvjetima. Kod glinovitih stijena efektivna poroznost je uvijek znatno manja od ukupne poroznosti i često je jednaka nuli, jer prostor pora velikim dijelom zauzima fizički povezana voda. U građevinarstvu se filtracijska svojstva tla (njegova vodopropusnost) povezuju: 1. S inženjerskim zadaćama (filtracija nasipa kao rezultat izgradnje brana). 2. S pitanjima privremenog sniženja razine podzemne vode (U.G.V.) za odvodne jame. Laboratorijski uređaj za određivanje filtracijskih svojstava tala je posuda s poroznim dnom (vidi shemu) u koju se stavlja pijesak. Voda se ulijeva odozgo i mjeri se njezin protok (filtracija kroz uzorak pijeska) u različitim vremenskim intervalima. Ako se u glinenom tlu stvori hidraulički gradijent manji od početne vrijednosti, u tlu nema filtracije i takvo je tlo vodonosnik. Filološke karakteristike tala koriste se u: 1. Proračunu odvodnje. 2. Određivanje protoka izvora podzemne vode. 3. Proračun slijeganja konstrukcija (temelja) tijekom vremena. 4. Umjetno smanjenje U.G.V. 5. Proračun zaštitnog pilota pri kopanju jama i rovova.
Zabilježimo niz značajki karakterističnih za permafrost tla nakon odmrzavanja:
Maksimalne vrijednosti vodopropusnosti zabilježene su u zonama tektonske fragmentacije, a ne opaža se slabljenje s dubinom, što se objašnjava visokim sadržajem leda uzrokovanim ekspanzijom raspršenog agregata. Nakon što se led otopi, formiraju se snažni filtracijski prolazi.
Vodopropusnost tla permafrosta nakon otapanja obično je promjenjiva tijekom vremena, jer na nju utječu dva suprotna čimbenika. S jedne strane, šupljine koje su tek nastale u uzdignutom masivu nakon otapanja leda imaju tendenciju zatvaranja pod utjecajem težine gornjeg tla ili opterećenja od konstrukcija, zbog čega bi se vodopropusnost trebala smanjiti. S druge strane, fino raspršeni agregat, koji nakon otapanja leda nema strukturu koja mu osigurava čvrstoću filtera, može se isprati protokom filtera. To povlači za sobom povećanje sadržaja vode u stijenama. Sposobnost filtriranja permafrost stijena procjenjuje se rezultatima eksperimentalnog rada u prethodno otopljenim područjima ili posrednim metodama. Neizravne metode za procjenu opskrbljenosti permafrost tala vodom uključuju: proračun; usporedba ovisnosti pokazatelja vodopropusnosti o lomljenju za otopljena i smrznuta tla; ispitivanje bušotina zrakom; geofizičke. Sve ove metode su evaluativne prirode.
Mehanička svojstva tla Svojstva čvrstoće i deformacije GOST 12248 -96 METODE LABORATORIJSKOG ODREĐIVANJA KARAKTERISTIKA ČVRSTOĆE I DEFORMABILNOSTI
Definicija Mehanička ili deformacijska i čvrstoća svojstva tla karakteriziraju njegovo ponašanje pod utjecajem vanjskog opterećenja
Stišljivost je sposobnost tla da smanji volumen pod pritiskom. U tlima disperzne gline stišljivost se javlja uglavnom zbog izvlačenja vode i plinova iz poroznog prostora. Stlačivost pijeska nastaje kao posljedica promjena u strukturi skeleta i preraspodjele čestica. U kamenitim tlima - zbog elastične deformacije kostura
Karakteristike stlačivosti Karakteristike stlačivosti ili svojstva deformacije uključuju: u Modul deformacije u Poissonov omjer u Koeficijent stlačivosti u Koeficijente konsolidacije u Koeficijent rekonsolidacije
Naprezanja su unutarnje sile (tlak) koje nastaju u tijelu kao odgovor na vanjska opterećenja.
Ukupna i efektivna naprezanja Naprezanja koja nastaju u tlima zasićenim vodom određena su dvama faktorima - silama koje nastaju na kontaktima mineralnih čestica (u skeletu tla) i tlakom koji stvara voda istisnuta iz pora. Efektivno naprezanje (GOST 12248-96) je naprezanje koje djeluje u skeletu tla, definirano kao razlika između ukupnog naprezanja u uzorku tla i tlaka u pornoj tekućini. Prividno, imaginarno, neutralno itd. napon-napon stvoren pritiskom istisnute vode Ukupni stres – efektivni + prividni stres
Ukupna i efektivna naprezanja Promatrajući tlo kao dvofazni sustav koji se sastoji od skeleta - mineralnih čestica i porene vode, uvodimo pojmove: u Pz - efektivni tlak, tlak u skeletu tla (zbija i učvršćuje tlo). u Rw – neutralni tlak, tlak u vodi pora (stvara tlak u vodi, uzrokujući njezino filtriranje). U svakom trenutku u masi tla koja je potpuno zasićena vodom vrijedi odnos: P = Pz + Pw, gdje je P ukupni tlak. Efektivni napon se u ovom slučaju određuje kao: Pz = P - Pw (prema Alekseev S.I., 2007.)
Pw je tlak koji stvara voda istisnuta iz pora tla tijekom deformacije. Ovaj pritisak uzrokuje naprezanja koja se nazivaju "minimum". u Tijekom vremena, imaginarni stresovi postupno popuštaju (popuštaju). U pjeskovitim tlima proces opuštanja odvija se brzo (ponekad trenutno), u glinastim tlima mnogo sporije. u Razlog za ovu razliku je razlika u brzini i prirodi filtracije vode pod opterećenjem. u
Konsolidacija tla tijekom tlačenja U općem slučaju djelovanja vanjskog opterećenja na vodom zasićeno tlo, kompresija se u početku javlja zbog elastičnih deformacija porne vode i skeleta tla. Tada počinje proces filtracijske konsolidacije, uslijed istiskivanja vode iz pora tla. u Po završetku procesa filtracije započinje proces sekundarne konsolidacije tla, određen polaganim pomicanjem čestica jedne u odnosu na drugu u uvjetima laganog istiskivanja vode iz pora tla. Primarna konsolidacija je filtracijska konsolidacija, sekundarna konsolidacija je posljedica puzanja. u
Teorija filtracijske konsolidacije Glavni stav teorije filtracijske konsolidacije: do zbijanja disperzno vodom zasićenog tla dolazi zbog istiskivanja vode iz njega pri sabijanju poroznog prostora.Koja naprezanja uzrokuju konsolidaciju tla? Samo one učinkovite, odnosno prenesene na kostur tla. Neutralni tlak ne utječe na kompresiju tla.
Pavlovskyjeva jednadžba osnova je teorije filtracijske konsolidacije u Ova jednadžba za jednodimenzionalni slučaj ima oblik u gdje je q jedinična brzina protoka filtrirane vode (brzina), m/s; n - poroznost tla; z koordinata (filtriranje se odvija duž osi z), m; t - vrijeme, s.
Jednadžba za jednodimenzionalni problem je sljedeća: Za prostorni problem ima oblik u gdje je c. V - koeficijent konsolidacije; - Tlak pora
Koeficijent konsolidacije Cv ima dimenziju m 2/s. Označava brzinu procesa konsolidacije - što je veći koeficijent konsolidacije, to brže ide.
Filtracija u pijesku i glini Filtracija nastaje zbog razlika u tlaku ili zbog prisutnosti filtracijskog gradijenta.
Početni gradijent U glinastim tlima nema slobodne vode, čije je strujanje podložno gravitaciji. Voda se u glinenim tlima nalazi u vrlo malim, često zatvorenim porama i ne može se sama filtrirati. Da bi filtracija započela u glinastom tlu, potrebno je na njega dodatno pritisnuti stvarajući određeni gradijent, koji se naziva početni gradijent. Inicijalni gradijent filtracije (i 0) vrijednost gradijenta filtracije u glinenim tlima pri kojoj počinje praktički zamjetna filtracija
Darcyjev zakon: Vpot = Kf * i, Vpot - brzina protoka i - gradijent tlaka Kf - koeficijent filtracije Darcyjev zakon, uzimajući u obzir početni gradijent filtracije, izražava se na sljedeći način: Vpot = Kf * (i-i 0) za i>i 0 , V pot = 0 na i
Puzanje (prema GOST-u) u Puzanje je razvoj deformacija tla tijekom vremena pri konstantnom naprezanju. u Stadij neprigušenog (nestacionarnog) puzanja je proces deformacije tla konstantnom ili rastućom brzinom pri konstantnom naprezanju.
Deformacije temelja Katedrale svetog Izaka (prema Dašku i drugima) posljedica su puzanja http: //georec. narod ru/mag/2002 n 5/7/7. htm Pouzdano slabo stišljivo tlo Slabo visoko stišljivo tlo (puzajuće tlo) Pouzdano slabo stišljivo tlo
Teorija elastičnosti. Hookeov zakon. Elastična tlačna i/ili vlačna deformacija izravno je proporcionalna naprezanju: ε = Rh/E, gdje je ε – relativna deformacija Rh – naprezanje (tlak), MPa E – Youngov modul, MPa
Fizičko značenje Youngovog modula Youngov modul (E, MPa) - odražava omjer između relativne linearne deformacije i naprezanja. Određen je sastavom i svojstvima materijala (u našem slučaju tla) i varira ovisno o sastavu i svojstvima potonjeg. Ne ovisi o veličini tlačnog naprezanja.
Elastična deformacija Elastična deformacija je relativna promjena veličine i oblika tijela pod utjecajem vanjskog opterećenja. Nakon uklanjanja tereta vraćaju se oblik i dimenzije.
Elastične deformacije Na temelju smjera deformacije dijele se na uzdužne (u odnosu na smjer primijenjenog opterećenja) i poprečne. Relativna uzdužna deformacija: x= (h 1 -h 2)/h 1 Relativna poprečna deformacija: y= (S 2 -S 1)/S 1
Poissonov omjer () Poissonov omjer je omjer relativnih linearnih deformacija tijela u smjeru poprečnom na djelovanje opterećenja prema relativnim linearnim deformacijama u uzdužnom smjeru: = ε y/ε x
Koeficijent stlačivosti () i volumenski modul deformacije (K) elastičnih tijela u Za slučaj svestrano jednolike kompresije čvrstog tijela Hookeov zakon ima oblik: gdje je p=(px+py+pz)/3. Vrijednost p naziva se prosječno normalno naprezanje.
Koeficijent stlačivosti (m 0) i modul volumne deformacije (K) elastičnih tijela u Na temelju prethodnog možemo pronaći izraz za koeficijent stlačivosti ili njegovu inverznu vrijednost - modul volumne deformacije K elastičnog sredstva: Ne ovisi o veličina tlačnog naprezanja.
Tlačna ispitivanja u 5. 4. 1. 1 Ispitivanje tla metodom tlačenja provodi se radi utvrđivanja sljedećih karakteristika deformabilnosti: koeficijent stišljivosti mo, modul deformacije E, koeficijent konsolidacije. . . u 5. 4. 1. 2 Ove karakteristike određuju se na temelju rezultata ispitivanja uzoraka tla u kompresijskim uređajima (odometrima) ..., isključujući mogućnost bočnog širenja uzorka tla pri vertikalnom opterećenju.
Deformacije Kod kompresije u uređaju za kompresiju dolazi do smanjenja volumena i (prvenstveno) smanjenja volumena poroznog prostora (a time i poroznosti). To omogućuje izražavanje volumetrijske deformacije kroz promjene u vrijednostima poroznosti npr.
Deformacija tla Tlo nije savršeno elastično tijelo. U glinenim tlima, uz elastične, pojavljuju se i plastične deformacije, što narušava linearnu prirodu odnosa između naprezanja i deformacije.
Krivulja kompresije - hiperbolički graf ovisnosti opterećenja i koeficijenta poroznosti e Koeficijent poroznosti (funkcija volumena-deformacije) e 0 i stupanj opterećenja e 1 e 2 i+1 stupanj opterećenja Ravni segment P, MPa Ps P 1 P 2 vertikalni tlak e 0 - početna vrijednost prirodne poroznosti, Rs minimalni tlak pri kojem počinje primjetna deformacija
Koeficijent poprečne deformacije β-koeficijent koji uzima u obzir odsutnost bočnog širenja tla u tlačnom uređaju β=1 - (2 2/(1 -)) Koeficijent (Poissonov koeficijent) određuje se iz podataka triaksijalnog ispitivanja. Ako ti podaci nedostaju, pretpostavlja se da su njegove vrijednosti: - Za pijesak i pjeskovitu ilovaču: 0,30 -0. 35 - Za tvrde ilovače i gline: 0. 2 -0. 3 - Za polučvrste ilovače i gline: 0. 30 -0. 38 - Za visoko fluidno-plastične ilovače i gline: 0. 38 -0. 45
Modul deformacije (E, MPa) - koeficijent proporcionalnosti linearnog odnosa između povećanja tlaka na uzorku i njegove volumetrijske deformacije. Po prirodi je sličan volumenskom modulu deformacije (K) u Hookeovom zakonu, ali ovisi o veličini tlačnog naprezanja. Pri određivanju E, volumetrijska deformacija V približno odgovara promjenama koeficijenta poroznosti e u odgovarajućim fazama deformacije: V e
Relativna stlačivost u i-tom stupnju Koeficijent relativne stlačivosti (relativne vertikalne deformacije) u i-tom stupnju opterećenja definira se kao omjer visine za koju se uzorak promijenio od zadanog opterećenja do početne visine stlačenog. uzorak: εi = Δhi/h
Izračun koeficijenta poroznosti u i-tom stupnju opterećenja Koeficijent poroznosti u i-tom stupnju opterećenja izračunava se kao: e 0 - inicijalni (početni) koeficijent poroznosti ei- koeficijent poroznosti u i-tom stupnju opterećenja i- relativna stišljivost. na i-tom stupnju opterećenja
Izračun modula deformacije U skladu s GOST 12248 -96, ukupni modul deformacije E izračunava se pomoću formula: Ei-(i+1)= ((Ri – Pi+1)/(ei – ei+1))* β Ili Ei-(i +1)= ((1+eo)/mo)*β eo- koeficijent poroznosti prirodnog tla e- vrijednosti faktora poroznosti pri I i i+1 stupnju opterećenja mo- faktor kompresivnosti β - skup strana proširenja
Opterećenja i stišljivost Opterećenja ili specifični tlak od mnogih vrsta konstrukcija (blokovske peterokatnice, zemljani nasipi visine oko 10 m itd.) kreću se u rasponu od 200 do 300 KPa. Na temelju toga, tla prema njihovoj stišljivosti u području tlaka 200-300 KPa mogu se klasificirati na: u mo mo >1/10 MPa - srednje stišljiva u mo >1/10 MPa - slabo stišljiva.
Koeficijent konsolidacije u. Koeficijent filtracije s. V i sekundarna konsolidacija - pokazatelji koji karakteriziraju brzinu deformacije tla pri konstantnom tlaku zbog filtracije vode (str. V) i puzanja tla s
Koeficijent konsolidacije Koeficijenti konsolidacije koriste se za procjenu brzine razvoja sedimenta. Cv - cm 2 / min, sat, godina C - cm 2 / min, sat, godina Ove vrijednosti se određuju grafičko-analitičkom metodom pomoću krivulje kompresije (Dodatak N, GOST 12248-96) ili posebnim ispitivanjima u uređaj za kompresiju.
Domaći tlak Domaći (litostatski ili prirodni ili planinski, itd.) tlak (Pb) definiran je kao: Pb = *H H- dubina, m - specifična težina (MN/m 3)
Specifična težina tla, uzimajući u obzir učinak vaganja vode (za tla zasićena vodom), određuje se formulom u = (s - w)/ (1 + e), gdje je: u s – specifična težina čestica tla izračunava se: u s = s * g gdje je: u s – gustoća čestica tla t/m 3 u g – gravitacijsko ubrzanje = 9,81 m/s2 u w – specifična težina vode = 0,01 MN/m 3 u e – koeficijent poroznosti (bezdimenzijski) u
Dijagram vertikalnih naprezanja Mase tla u prirodnim su uvjetima u napetom stanju zbog pritiska iz slojeva tla. U uvjetima kada ne postoji mogućnost bočnog izbočenja vertikalno naprezanje raste s dubinom: bz= ∑ gi * i *hi, i- broj slojeva, ggravitacijsko ubrzanje, i- specifična težina i-tog sloja, hi- dubina krovni (donji) i-ti sloj.
Definicije GOST 30416 -96 Stabilizirano stanje tla, karakterizirano završetkom deformacije zbijanja pod određenim opterećenjem i odsutnošću viška tlaka u tekućini pora. u Nestabilizirano stanje tla, karakterizirano nepotpunim deformacijama zbijanja pod određenim opterećenjem i prisutnošću prekomjernog tlaka u pornoj tekućini. u
Prekonsolidirana i nedovoljno konsolidirana tla Tla čija je stišljivost niža od očekivane pri danom pritisku u domaćinstvu nazivaju se prekonsolidirana. Prekonsolidacija je posljedica kompresije tla u dubini stratuma i njihovog kasnijeg oslobađanja na površinu kao rezultat erozije gornjih sedimenata, rezultat kompresije pod pritiskom drevnih ledenjaka itd. Karakterizira ih niska kompresibilnost i ponekad nabubreti. Općenito, oni su pouzdani temelji.
Tla čija je stišljivost veća od očekivane pri danom tlaku okoline nazivaju se podkonsolidirana. Nastaju kao posljedica vrlo brze akumulacije (lavinska sedimentacija) i drugih razloga. Tipična podkonsolidirana tla su les, kao i morski i aluvijalno-morski muljevi, sapropeli i treset. Karakterizira ga prisutnost viška pornog tlaka koji premašuje hidrostatski; visoka kompresibilnost; nestabilnost pod dinamičkim opterećenjem, općenito su vrlo nepouzdani temelji.
Prekonsolidacija i podkonsolidacija I - interval opterećenja koja ne prelaze tlak kućanstva II - interval opterećenja koja prelaze tlak kućanstva e Rs - maksimalni tlak kućanstva koji se dogodio u geološkoj povijesti (pritisak prije zbijanja) Za prekonsolidirana tla: Rs>Pb Za nedovoljno konsolidirana tla : Rs
Komplet za rekonsolidaciju Za procjenu zbijenosti tla koristi se kit za rekonsolidaciju KPU. Na temelju vrijednosti CPC tla se mogu klasificirati: u nedovoljno zbijena CPC 4.
KPU koeficijent ponovnog zbijanja izračunava se kao: KPU = Ps/Pb, gdje je: u Ps - tlak pred zbijanje, MPa u Pb - tlak u modernom domaćinstvu, MPa
Komplet za rekonsolidaciju Nedovoljno konsolidirana tla sklona su slijeganju pod utjecajem vlastite težine. Istodobno ih karakterizira niska čvrstoća, visoka kompresibilnost i nestabilnost pri dinamičkim opterećenjima. Općenito, to su nepouzdani temelji. u Prekomerno zbijena tla imaju veliku čvrstoću, nisku stlačivost i mogu bubriti. Kod KPU>6, bočni pritisak tla može biti veći od 2, što se mora uzeti u obzir pri projektiranju podzemnih građevina. Općenito, oni su pouzdani temelji. u
Svojstva čvrstoće Posmična čvrstoća tla određena je kohezijom (prisutnošću strukturnih veza) i trenjem među česticama. Strukturalni veze – veze između strukturnih elemenata (čestica, agregata, kristala itd.) koji čine tla
Karakteristike svojstava čvrstoće C - kohezija (specifična adhezija), MPa φ - kut unutarnjeg trenja, stupnjevi τ - otpor tla na smicanje, MPa R - otpor na jednoosni pritisak Su - nedrenirani otpor na smicanje, MPa
Strukturne veze prema stupnju čvrstoće Mehaničke - trenje među česticama (u pijesku, grubim i glinastim tlima) Vodeno-koloidne ili koagulacijske (u biti prianjanje čestica) - uzrokovane elektromagnetskim (Van der Wals - Van der Wals) silama međumolekulskih privlačnost (ilovasta disperzna tla) Cementacija - nastaju zbog ispunjavanja poroznog prostora mineralnom masom koja cementira čestice (polustijene) Kristalizacija - unutar kristala i između kristala (mamatske i metamorfne stijene)
Čvrstoća i razaranje Čvrstoća tla određena je uglavnom strukturnim vezama između pojedinačnih čestica (kristala ili zrna) i/ili nakupina čestica i kristalnih srastanja. Čvrstoća samih elementarnih kristala, čestica ili mineralnih agregata od sekundarne je važnosti. Razaranje tla nastaje kada se pri postizanju određenih graničnih naprezanja pokidaju strukturne veze i dođe do ireverzibilnog pomicanja čestica jedna u odnosu na drugu.
Tlak P od težine nadzemnog dijela građevine i vlastite težine temelja raspršuje se u masi tla. Rastavljamo rezultantu R na dvije komponente i komprimiramo čestice tla jedne prema drugima i praktički ih ne možemo uništiti (čestice tla - kvarc, glinenac, itd.) Razaranje 2000 kgf/cm 2200 MPa - takva naprezanja praktički ne nastaju ispod temelja .
u To znači da do razaranja tla dolazi djelovanjem tangencijalnih naprezanja (). Pod utjecajem ovih naprezanja čestice tla se pomiču u odnosu na kontakte, zrna ulaze u pore i dolazi do procesa zbijanja tla uz pojavu kliznih površina na pojedinim mjestima.
Coulomb-Mohr teorija Prema ovoj teoriji, čvrstoća tla određena je odnosom između normalnih i tangencijalnih naprezanja: = σ * tanφ+ C, gdje je - - tangencijalno naprezanje - σ - Normalno naprezanje - C - kohezija - φ - kut unutarnjeg trenja.
Fizičko i geometrijsko značenje C i φ Geometrijsko značenje (prema GOST 30416 -96): u Kut unutarnjeg trenja - parametar izravne ovisnosti otpora tla na smicanje o vertikalnom pritisku, definiran kao kut nagiba ove ravne linije prema apscisnoj osi. u Specifična kohezija tla je parametar izravne ovisnosti otpora tla na smicanje o vertikalnom pritisku, definiran kao segment odsječen tom ravnom linijom na ordinatnoj osi. Fizičko značenje: u Specifična adhezija - sila ili čvrstoća strukturnih veza u Kut unutarnjeg trenja - sile trenja između čestica Mogu se razlikovati dvije komponente adhezije: 1 - čvrstoća strukturnih veza (Cc) 2 - čvrstoća uslijed trenja (ΣW) - mehaničke veze
Čvrstoća glinastih tla τ U kohezivnim glinastim tlima koja sadrže čestice pijeska s cementnim ili vodeno-koloidnim vezama, čvrstoća je određena i adhezijom i kutom unutarnjeg trenja φ τ = σ * tg φ + C C σ 0
Čvrstoća glinastih tala τ U kohezivnim glinastim tlima koja ne sadrže čestice pijeska, s cementacijom ili vodno-koloidnim vezama, čvrstoća se određuje kao adhezija τ = C C σ 0
Čvrstoća pjeskovitih tla τ U rahlim pjeskovitim tlima čvrstoća je uglavnom određena kutom unutarnjeg trenja, a vrijednosti C su relativno male τ = σ * tg φ φ σ
Određivanje svojstava čvrstoće metodom jednoravninskog reza u u 5. 1. 1. 1 Ispitivanje tla metodom jednoravninskog reza provodi se radi utvrđivanja sljedećih svojstava čvrstoće: otpor tla na smicanje τ, kut unutarnjeg trenja φ, specifični adhezija C, za pijeske (osim šljunčanih i krupnih), glinasta i organsko-mineralna tla. 5. 1. 1. 2 Ove karakteristike određuju se na temelju rezultata ispitivanja uzoraka tla u jednoravninskim smičnim uređajima s fiksnom smičnom ravninom pomicanjem jednog dijela uzorka u odnosu na drugi dio tangencijalnim opterećenjem uz istovremeno opterećenje uzorak s opterećenjem normalnim na ravninu smicanja
Uređaj za smicanje u Jednoravninski uređaj za smicanje sastoji se od dva prstena (donjeg i gornjeg). Donji prsten je fiksiran u kutiji mjenjača. Gornji se može pomicati u odnosu na donji.
NN, KN i KD (prema GOST 30416 -96) Konsolidirano-drenirano ispitivanje tla za određivanje karakteristika čvrstoće i deformabilnosti s prethodnim zbijanjem uzorka (u odometru) i istiskivanjem vode iz njega tijekom cijelog ispitivanja. Konsolidirano ispitivanje nedreniranog tla za određivanje karakteristika čvrstoće s prethodnim zbijanjem uzorka i istiskivanjem vode iz njega samo tijekom zbijanja. Nekonsolidirano nedrenirano ispitivanje tla za određivanje karakteristika čvrstoće bez prethodnog zbijanja uzorka u odsutnosti istiskivanja vode iz njega tijekom cijelog ispitivanja.
Otpor na smicanje Otpor na smicanje tla je karakteristika čvrstoće tla, određena vrijednošću naprezanja na smicanje pri kojem dolazi do razaranja (smicanja). u Otpor tla na smicanje (τ, MPa) definiran je kao vrijednost posmičnog opterećenja Q podijeljena s posmičnim područjem A uzorka pri zadanoj vrijednosti normalnog opterećenja F. u τ = Q/A, MPa
Zašto su vam potrebna minimalna tri boda? τ - otpor tla na smicanje, MPa Treća točka ima korektivnu ulogu
Sheme ispitivanja smicanjem: nekonsolidirano-nedrenirano ispitivanje - za vodom zasićena glinasta i pjeskovita tla - ispitivanje bez prethodnog zbijanja i bez ekstrakcije vode; u konsolidirano nedrenirano ispitivanje - za nestabilizirana glinena tla - ispitivanje s prethodnim zbijanjem (u odometru) pod tlakom koji je ekvivalentan tlaku kućanstva + tlak iz konstrukcije i bez ekstrakcije vode; u konsolidirano drenirano ispitivanje - za stabilizirana glinena tla i pijesak - ispitivanje s prethodnim zbijanjem i ekstrakcijom vode u
Jednoosna tlačna metoda 5. 2. 1. 1 Ispitivanje tla jednoosnom tlačnom metodom provodi se radi utvrđivanja sljedećih svojstava čvrstoće: jednoosne tlačne čvrstoće (R) za stjenovita polukamenita tla; nedrenirani otpor na smicanje za glinena tla zasićena vodom (Su). 5. 2. 1. 2 Jednoosna tlačna čvrstoća određena je kao omjer okomitog opterećenja primijenjenog na uzorak, pri kojem je uzorak uništen, i površine njegovog izvornog poprečnog presjeka.
Troosna kompresija (najnaprednija metoda) 5. 3. 1. 1 Triaksijalno tlačno ispitivanje tla provodi se kako bi se odredile sljedeće karakteristike čvrstoće i deformabilnosti: kut unutarnjeg trenja φ, specifična kohezija C, nedrenirani otpor na smicanje Su, modul deformacije E i koeficijent bočne deformacije v za pijesak, glina, organomineralna i organska tla. 5. 3. 1. 2 Ove karakteristike su određene na temelju rezultata ispitivanja uzoraka tla u troosnim kompresijskim komorama, koje omogućuju bočno širenje uzorka tla u uvjetima troosno osnosimetričnog statičkog opterećenja...
Značajke metode Tijekom ispitivanja cilindrični uzorak tla stavlja se u gumeni omotač. Pritisak na uzorak stvara radni klip (vertikalno opterećenje F) i svestrani pritisak vode. Za razliku od tlačnog, posmičnog i jednoosnog tlačenja, ne samo mjere se vertikalne i uzdužne (smične) deformacije, ali i volumetrijske deformacije (mjerenjem volumena i tlaka vode u komori)
Troosna ispitivanja tla cikličkim opterećenjima Svrha ove metode je procjena svojstava čvrstoće pri dinamičkim opterećenjima (potresi, morski valovi, vibracije konstrukcije itd.) Ovom metodom uzorak tla se izlaže izmjeničnim tlačnim i vlačnim opterećenjima. . Ciklusi kompresije i napetosti izmjenjuju se s periodom i učestalošću koja odgovara očekivanom dinamičkom udaru. Metode ispitivanja nisu regulirane.
6. Čvrstoća i deformabilnost smrznutih tla određuju se sljedećim metodama: Ispitivanje žigom s kuglicom u Jednoravninski rez po površini smrzavanja u Jednoosno sabijanje u Sva ispitivanja provode se pri negativnoj vanjskoj temperaturi, koja bi u idealnom slučaju trebala odgovarati na prirodnu temperaturu smrznutog tla
Što učiniti ako svojstva deformacije i čvrstoće tla nisu određena i dostupne su samo vrijednosti fizikalnih svojstava? 1. 2. Svojstva čvrstoće i deformacije preuzeta su iz materijala dobivenih u susjednim područjima. Za preliminarne proračune temelja ... dopušteno je odrediti standardne i proračunske vrijednosti karakteristika čvrstoće i deformacije tla na temelju njihovih fizičkih karakteristika iz Dodatka 1 SNi. P 2. 01 -83. Temelji i temelji.
Standardne vrijednosti specifične adhezije cn, k. Pa (kgf/cm 2), kut unutarnjeg trenja n, deg. , muljevito-ilovasta nelesna tla kvartarnih naslaga
Standardne vrijednosti specifične adhezije cn, k. Pa (kgf/cm 2), kut unutarnjeg trenja n, deg. i modul deformacije E, MPa (kgf/cm2), pjeskovita tla kvartarnih naslaga
SP 22.13330.2011
Ažurirana verzija SNiP 2.02.04-88
Autor NIIOSP nazvan po N.M. Gersevanovu
Poglavlje 5.3. P.:
- Glavni parametri mehaničkih svojstava tla, koji određuju nosivost temelja i njihovu deformaciju, su čvrstoća i deformacijske karakteristike tla (kut unutarnjeg trenja φ, specifično prianjanje). c, jednoosna tlačna čvrstoća stjenovitih tla R c, modul deformacije E te koeficijent poprečne deformacije υ tla). Dopušteno je koristiti druge parametre koji karakteriziraju interakciju temelja s temeljnim tlom i koji se utvrđuju eksperimentalno (specifične sile uzdizanja tijekom smrzavanja, koeficijenti krutosti temelja itd.).
Napomena - Nadalje, osim u posebno navedenim slučajevima, pod pojmom “karakteristike tla” podrazumijevaju se ne samo mehanička, već i fizikalna svojstva tla, kao i parametri navedeni u ovom stavku.
SP 50-101-2004 "Projektiranje i postavljanje temelja
i temelji zgrada i građevina"
Autor NIIOSP nazvan po. N.M. Gersevanova, Državno jedinstveno poduzeće Mosgiproniselstroy
klauzula 5.1.8
Fizička i mehanička svojstva tla uključuju:
- - gustoća tla i njegovih čestica te vlažnost (GOST 5180 i GOST 30416);
- - koeficijent poroznosti;
- - granulometrijski sastav za grubo tlo i pijesak (GOST 12536);
- - vlažnost na granicama plastičnosti i fluidnosti, broj plastičnosti i indeks fluidnosti za glinena tla (GOST 5180);
- - kut unutarnjeg trenja, specifična adhezija i modul deformacije tla (GOST 12248, GOST 20276, GOST 30416 i GOST 30672);
Pogledajte Standardne vrijednosti ovih karakteristika - Dodatak A SP 22.13330.2016
- - pokazatelji privremene otpornosti na jednoosno sabijanje, omekšavanje i topljivost za kamenita tla (GOST 12248).
Fizičke karakteristike tla uključuju:
Za specifična tla, čije su projektne značajke temelja navedene u odjeljku 6 SP 22.13330.2011, a pri projektiranju temelja podzemnih dijelova građevina (vidi odjeljak 9), karakteristike navedene u tim odjeljcima moraju se dodatno odrediti. .
Tla sa specifičnim nepovoljnim svojstvima su:
- Slijeganje tla
Bubrenje tla
Slana tla
Organomineralna i organska tla
Eluvijalna tla
Rasuta tla
Aluvijalna tla
Uzdignuta tla
Konsolidirana tla
Pri određivanju proračunskog otpora tla R razloga drvene kuće pripadaju 3. nižem razredu odgovornosti, prema tabličnim vrijednostima R0(B.1-B.10 Dodatka B) ne postoji zahtjev za određivanje takvih fizičkih i mehaničkih karakteristika kao što su:
Kut unutarnjeg trenja, specifična adhezija, modul deformacije i koeficijent bočne deformacije tla (GOST 12248, GOST 20276, GOST 30416 i GOST 30672);
Pogledajte primjer određivanja svojstava tla za zamjenu temelja na stranici web stranice: "Primjer izračuna temelja drvene kuće"
Definicije
Dodatak A. str.:
- Koeficijent poroznosti e određeno formulom (vidi A.6 GOST 25100-2011)
e = (ρ s - ρ d)/ρ d, (A.5)
- ρ s - gustoća čestica tla (skelet), masa po jedinici volumena čvrstih (skeletnih) čestica tla g/cm3;
ρ d - gustoća suhog tla, omjer mase tla minus mase vode i leda u njegovim porama i njegovog izvornog volumena, g/cm3, određeno formulom
- Gustoća suhog tla (skeleta) ρ d određeno formulom (vidi A.16 GOST 25100.2011)
ρ d = ρ/(1+ w), (A.8)
- gdje je ρ gustoća tla, g / cm 3 (vidi GOST 5180);
w- prirodna vlažnost tla, %
- Protok I L- omjer razlike u vlažnosti koja odgovara dvama stanjima tla: prirodnom W i na granici kotrljanja Wp, prema broju plastičnosti Ip
A.18 GOST 25100-2011, Brzina protoka ja L d.u., - pokazatelj stanja (konzistencije) ilovastih tala; određena formulomI L = (w - w p)/I p, (A.9)
- gdje je w prirodna vlažnost tla,% (vidi GOST-5180-84);
w p - vlažnost na granici valjanja,% (vidi GOST 5180);
I p - broj plastičnosti,%, (vidi A.31 GOST 25100-2011)
- Broj plastičnosti I str(Vidi A.31 GOST 25100-2011), %; određena formulom
I p = w L - w p , (A.17)
- gdje je w L sadržaj vlage na granici tečenja,% (vidi 4 GOST 5180);
w p - vlažnost na granici kotrljanja, % (vidi 5 GOST 5180)
Stišljivost- sposobnost tla da smanjuje volumen pod utjecajem vanjske sile, karakterizirana koeficijentom stišljivosti m 0(tangens kuta nagiba krivulje kompresije), određen formulom (vidi 5.4 GOST 12248-2010)
m 0 = (e i - e i+1)/ (p i+1 - p i) 5,32
- e i i e i+1 su koeficijenti poroznosti koji odgovaraju pritiscima p i i p i+1.
- Na temelju vrijednosti horizontalnog smicanja i normalnih opterećenja izmjerenih tijekom ispitivanja, tangencijalna i normalna naprezanja τ i σ, MPa izračunavaju se pomoću formula:
τ = 10Q/A; (5.3)
σ = 10F/A; (5.4) - Specifična adhezija c I kut unutarnjeg trenja φ
tla određuju se kao parametri linearne ovisnosti
τ = σ tan(φ) + c (5.5)
- τ i φ određuju se formulama (5.3) i (5.4) = Q/A, (5.1) - tangencijalna naprezanja i
= F/A, (5.2) - normalna naprezanja
Q i F su tangencijalne i normalne sile na ravninu smicanja, kN
A - površina rezanja, cm2
Izvor: GOST 12248-2010 gustoća tla ρ - omjer mase tla uključujući masu vode u njegovim porama i volumena koji zauzima ovo tlo (g/cm 3 t/m 3)
gustoća suhog tla ρ d je omjer mase suhog tla (isključujući masu vode u njegovim porama) i volumena koji zauzima ovo tlo (g/cm 3 t/m 3)
gustoća čestica tla ρ s je omjer mase suhog tla (bez mase vode u njegovim porama) prema volumenu čvrstog dijela tog tla (g/cm 3 t/m 3). Ukupni kapacitet vlage Wo - najveći mogući sadržaj svih moguće vrste vodu kada su joj pore potpuno ispunjene.
w sat = n.ρ w/ ρ d
- gdje je: n – poroznost, jed.
ρ w– gustoća vode, g/cm3,
ρ d – gustoća suhog tla.
Mehanička svojstva tla- to je njihova sposobnost da se odupru promjenama volumena i oblika kao rezultat sile i fizičkih utjecaja.
deformacija- kapacitet tla snaga– kapacitet tla
oduprijeti se razvoju deformacija; oduprijeti se uništenju;
Na mehanička svojstva utječu priroda strukturnih veza čestica, veličina čestica i mineralni sastav te vlažnost tla. Glavna mehanička svojstva tla su: kompresibilnost; čvrstoća na smicanje; vodopropusnost.
Stišljivost.
Sposobnost tla da smanjuje volumen pod utjecajem opterećenja zbijanja naziva se stišljivost, slijeganje ili deformacija. Prema fizičkoj strukturi tlo se sastoji od pojedinačnih čestica različite veličine i mineralnog sastava (kostur tla) i pora ispunjenih tekućinom (voda) i plinom (zrak). Kod tlačnih naprezanja dolazi do promjene volumena zbog smanjenja volumena pora koje se nalaze unutar tla ispunjenog vodom. Dakle, stišljivost ovisi o mnogim čimbenicima, od kojih su glavni fizički sastav, vrsta strukturnih veza čestica i veličina opterećenja.
Prema prirodi skupljanja dijele se elastične i plastične deformacije. Elastične deformacije nastaju kao posljedica opterećenja koja ne prelaze strukturnu čvrstoću tla, tj. ne uništavaju strukturne veze među česticama i karakterizirani su sposobnošću tla da se vrati u prvobitno stanje nakon uklanjanja opterećenja. Plastične deformacije uništavaju kostur tla, razbijaju veze i pomiču čestice jedna u odnosu na drugu. U ovom slučaju, volumetrijske plastične deformacije zbijaju tlo zbog promjena u volumenu unutarnjih pora, a posmične plastične deformacije - zbog promjena u izvornom obliku i do uništenja. Pri proračunu stišljivosti tla glavne karakteristike deformacije određuju se u laboratorijskim uvjetima prema relativnom koeficijentu stišljivosti, koeficijentu bočnog tlaka i koeficijentu bočnog rastezanja.
Smična čvrstoća
Krajnja posmična čvrstoća je sposobnost tla da se odupre pomicanju dijelova tla jedan u odnosu na drugi pod utjecajem tangencijalnih i izravnih naprezanja. Ovaj pokazatelj karakteriziraju svojstva čvrstoće tla i koristi se u proračunima temelja zgrada i građevina. Sposobnost tla da podnese opterećenja bez urušavanja naziva se čvrstoća. U pjeskovitim i krupnozrnatim nekohezivnim tlima otpor se postiže uglavnom zbog sile trenja pojedinih čestica; takva tla nazivamo rastresitim tlima. Glinena tla imaju veću otpornost na smicanje jer... Uz silu trenja, smicanju se suprotstavljaju i adhezijske sile. U građevinarstvu je ovaj pokazatelj važan pri izračunavanju temeljnih baza i proizvodnji zemljanih konstrukcija s padinama.
Otpor na smicanje t glinastih tla određen je Coulombovom jednadžbom:
Za pjeskovita tla, zbog nedostatka adhezivnih sila, otpor na smicanje ima oblik:
Vodopropusnost
Vodopropusnost karakterizira sposobnost tla da propušta vodu kroz sebe pod utjecajem razlike tlaka i određena je fizičkom građom i sastavom tla. Uz sve ostale uvjete, uz fizikalnu strukturu s nižim sadržajem pora, te s prevladavanjem čestica gline u sastavu, vodopropusnost će biti niža nego kod poroznih, odnosno pjeskovitih tla. Ovaj pokazatelj ne treba podcijeniti, jer... u građevinarstvu utječe na stabilnost zemljanih konstrukcija i određuje zbijenost temeljnih tla.
Deformacijska i čvrstoća tla i njihove karakteristike.
Stišljivost tlo karakterizira njihovu sposobnost da se deformiraju bez razaranja pod utjecajem vanjskog opterećenja. Deformacijska svojstva tla karakterizirana su ukupnim deformacijskim modulom E , Poissonov koeficijent, koeficijenti stišljivosti i konsolidacije, smični i volumetrijski moduli kompresije. Stlačivost raspršenog tla pod opterećenjem je posljedica pomicanja mineralnih čestica jedna u odnosu na drugu i, sukladno tome, smanjenja volumena pora.
Čvrstoća tla određeno njihovim čvrstoća na smicanje , što se može opisati linearnom Coulombovom ovisnošću
τ = p tanφ + c,
Gdje τ – čvrstoća na smicanje, MPa; R – normalni tlak, MPa; tg φ – koeficijent unutarnjeg trenja; φ – kut unutarnjeg trenja, stupnjevi; c – spojka, MPa.
Količine φ I c potrebni za inženjerske proračune čvrstoće i stabilnosti.
Čvrstoća stjenovitih tla određena je prvenstveno njihovim strukturnim vezama, tj. hvatom, ali uglavnom pucketanjem.
Važna je vlačna čvrstoća kamenog tla na jednoosni pritisak (tlačna čvrstoća). klasifikacijska karakteristika, koji klasificira tlo kao kamenito (> 5 MPa) ili nestjenovito (< 5 МПа).
Kemijski i mineralni sastav, struktura i tekstura tala te sadržaj organske tvari određuju se u geološkim laboratorijima opremljenim potrebnom opremom (rendgenski elektronski mikroskop i dr.). Fizikalna i mehanička svojstva tla proučavaju se u tloznanstvenim laboratorijima i na terenu na budućim gradilištima. Posebna pažnja posvećena je pouzdanosti dobivenih rezultata.
Za svaku značajku tla provodi se više određivanja i njihova statistička obrada. Za svaki IGE moraju postojati najmanje tri definicije.
Laboratorij za tlo. Uzorci tla za laboratorijska istraživanja biraju se iz slojeva tla u jamama i bušotinama na lokalitetima.
Uzorci tla dostavljaju se u laboratorij u obliku monolita ili rastresitih uzoraka. Monoliti su uzorci tla neporemećene strukture dimenzija 20 x 20 x 20 cm. U muljevito-ilovastim tlima mora se očuvati prirodna vlaga zbog vodonepropusne parafinske ili voštane ljuske na njihovoj površini. U rahlim tlima (pijesak). , šljunak itd.) uzimaju se uzorci težine najmanje 0,5 kg.
U laboratorijskim uvjetima moguće je odrediti sva fizikalna i mehanička svojstva, svaka prema vlastitom GOST-u: prirodna vlažnost i gustoća tla - GOST 5180-84, vlačna čvrstoća - GOST 17245-79, granulometrijski (zrnasti) sastav - GOST 12536- 79 i dr. U laboratoriju se određuje vlažnost, gustoća čestica tla i neke druge.
Rad na terenu. Proučavanje tla na terenu daje prednost u odnosu na laboratorijsku analizu, jer omogućuje određivanje svih vrijednosti fizikalnih i mehaničkih svojstava u prirodnoj pojavi tla bez uništavanja njihove strukture i teksture, uz održavanje režima vlage. U ovom slučaju simulira se djelovanje zemljanih masa u temeljima zgrada i građevina. Takva se istraživanja tla posljednjih godina sve više koriste, a istodobno se usavršava tehnička oprema i koriste se računala. Ekspresne metode omogućuju brzo dobivanje svojstava tla. Za predviđanje ponašanja masa tla tijekom razdoblja rada zgrada i građevina, preporučljivo je inteligentno kombinirati laboratorijske i terenske studije.
Među metodama deformacijskog ispitivanja tla na stišljivost treba uzeti u obzir referentnu metodu testovi žigosanja na terenu (GOST 20278-85). Rezultati drugih metoda ispitivanja, terenskih (presiometrija, dinamičko i statičko vođenje) i laboratorijskih (kompresija i stabilometrija) moraju se usporediti s rezultatima ispitivanja žigom.
Pri određivanju karakteristika čvrstoće tla, najpouzdaniji rezultati dobivaju se terenskim ispitivanjima za rezanje stupova tla izravno na gradilištu (GOST 23741-79). Zbog visoke cijene i intenziteta rada, ovaj posao se izvodi samo za strukture I razine (klase) odgovornosti. To uključuje zgrade i građevine od velikog gospodarskog značaja, društvene objekte i zahtijevaju povećanu pouzdanost (glavne zgrade termoelektrana, nuklearnih elektrana, televizijski tornjevi, industrijske cijevi iznad 200 m, zgrade kazališta, cirkusa, tržnica, obrazovnih ustanova itd.). ).
Za ostale slučajeve gradnje (strukture klase II i III) prilično pouzdani pokazatelji S I φ dobiven kao rezultat laboratorijskih ispitivanja tla u uređajima za ravno smicanje (GOST 12248-78) i troosno sabijanje (GOST 26518-85).
Karakteristike čvrstoće mogu se odrediti i metodom sondiranja lopatica, čiji se rezultati pri projektiranju kritičnih konstrukcija uspoređuju s testovima smicanja kako bi se osigurala pouzdanost rezultata.
Ispitivanja deformacije tla. Stlačivost tla proučava se metodama žigova, presometrima, dinamičkim i statičkim sondiranjem.
Metoda žiga. U U ne-kamenim tlima, žigovi se postavljaju na dno jama ili na dno bušotina, na koje se prenose statička opterećenja (GOST 20276-85). Žig u jami – ovo je okrugla ploča od čelika ili armiranog betona površine 5000 cm2. Za stvaranje određenog pritiska ispod žiga koriste se dizalice ili platforme s opterećenjem (Sl. 49).
Slijeganje matrica mjeri se pomoću mjerača otklona. Uzorci tla uzimaju se u jami na oznaci dna marke i izvan nje za paralelna laboratorijska istraživanja. Žig se opterećuje u fazama ovisno o vrsti tla i njegovom stanju, držeći dok se deformacije ne stabiliziraju. Kao rezultat testova se grade grafovi ovisnosti slijeganja udarca o tlaku i vremenu u fazama opterećenja.Nakon toga izračunava se modul deformacije tla pomoću formule E , MPa.
Žig u izbušenoj rupie. Ispitivanje tla provodi se u bušotini promjera većeg od 320 mm i dubine do 20 m. Žig površine 600 cm 2 spušta se na dno bušotine. Opterećenje na marku prenosi se preko šipke na kojoj se nalazi platforma s teretom. Modul deformacije također je određen formulom.
Presiometrijske studije provodi se u glinenim tlima. Presometar je gumena cilindrična komora spuštena u bunar na zadanu dubinu i proširena pritiskom tekućine ili plina. Pri stvorenim pritiscima mjere se radijalni pomaci stijenki bušotine, što omogućuje određivanje modula deformacije i čvrstoće tla.
Riža. 49. Određivanje stišljivosti tla pomoću žigova:
a, b – jame; c – bušotina; 1 – žigovi; 2 – dizalica;
3 – sidreni piloti; 4 – platforma s teretom; 5 - šipka
Sondiranje(ili prodiranje ) služi za proučavanje debljine tla do dubine od 15–20 m. Na temelju otpora metalnog vrha (sonde) prodiranju u tlo utvrđuje se gustoća i čvrstoća tla te njihova varijabilnost u vertikalnom presjeku. Sondiranje se odnosi na ekspresne metode određivanja mehaničkih svojstava pjeskovitih, glinastih i organskih tala koja ne sadrže ili imaju malo primjesa drobljenog kamena ili šljunka. Prema načinu uranjanja vrha razlikuje se sondiranje dinamičan i statičan . Kod statičkog sondiranja konus se glatko utiskuje u tlo, a kod dinamičkog sondiranja zabija se čekićem.
Statička i dinamička detekcija dopustiti:
Podijelite debljinu tla u zasebne slojeve;
Odredite dubinu stjenovitog i grubog tla;
Odrediti približnu gustoću pijeska, konzistenciju glinenih tala i odrediti modul deformacije;
Ocijeniti kvalitetu umjetno zbijenog tla u nasipima i naplavinama;
Izmjerite debljinu organskog tla u močvarama.
Na sl. Slika 50 prikazuje stanicu za karotažu prodora.
Riža. 50. Stanica za prodor i karotažu:
1 – sonda-senzor; 2 – šipka; 3 – jarbol; 4 – hidraulički cilindar; 5 – komunikacijski kanal; 6 – hardverska stanica; 7 – upravljačka ploča
Ispitivanje čvrstoće tla. Otpornost tla na smicanje određena je graničnim vrijednostima naprezanja tijekom sloma. Eksperimenti se izvode u jamama, ostavljajući stupove neporemećenog tla, na koje se primjenjuju sile pritiska i smicanja. Za ispravno određivanje unutarnjeg trenja i specifičnog prianjanja pokus se provodi na najmanje tri stupa pod različitim tlačnim silama. Pomak se također proizvodi rotacijom impelera, koji je uređaj s četiri lopatice. Utiskuje se u tlo i okreće, pritom se mjeri zakretni moment, koji se koristi za izračunavanje otpora na smicanje.
Iskusan Građevinski radovi . Tijekom izgradnje objekata prve razine odgovornosti (klase), terenska istraživanja tla postaju posebno važna, stoga se pribjegava eksperimentalnom radu.
Iskusne hrpe. Na gradilištu se inventarni pilot uranja i promatra se priroda njegovog uranjanja i otpornost tla. Opterećenjima pilota i mjerenjem padalina na svakom koraku utvrđuje se nosivost tla u uvjetima prirodne vlažnosti i natopljenosti. Rezultati ispitivanja uspoređuju se s izračunatim podacima na temelju laboratorijskih istraživanja tla.
Iskusne zaklade. Temelji buduće građevine postavljeni su u punoj veličini i na projektiranu dubinu. Temelj se opterećuje budućim objektom i promatra se kompresija temeljnog tla. Tako se utvrđuje stvarna nosivost tla i slijeganje budućeg objekta.
Eksperimentalne zgrade. Kvantitativna procjena svojstava slijeganja lesa temelji se na podacima laboratorijskih i terenskih ispitivanja tla. U stvarnim uvjetima, pod podignutim zgradama pune veličine, lesna baza je zasićena vodom i promatra se priroda razvoja procesa, određuju se vrijednosti slijeganja i procjenjuje se stanje građevinskih konstrukcija. Sličan eksperimentalni rad provodi se pri procjeni dinamičkih učinaka na građevne konstrukcije i temelje.
Obrada rezultata istraživanja tla. Svojstva zemljišnih masiva procjenjuju se na temelju fizikalno-mehaničkih karakteristika kao rezultata laboratorijskih istraživanja pojedinačnih uzoraka tla i terenskog rada na području masiva. Svojstva dobivena u laboratoriju i na terenu odgovaraju samo onim mjestima gdje su uzorkovani i obavljena terenska ispitivanja tla. S tim u vezi, raštrkane rezultate istraživanja i normativne pokazatelje potrebno je sumirati, odnosno statistički obraditi radi dobivanja prosječnih vrijednosti i kasnijeg korištenja u proračunima.
Stacionarna promatranja tijekom inženjersko-geoloških i hidrogeoloških studija provode se radi ocjene razvoja nepovoljnih geoloških procesa (krš, klizišta i dr.), režima podzemne vode i temperaturni režim U odabranim karakterističnim područjima za promatranje postavlja se mreža repera i provode se instrumentalna promatranja njihovog kretanja itd. Mjerenja se provode tijekom rada zgrada i građevina, ali mogu započeti i tijekom projektnih razdoblja. Trajanje rada - do 1 godine ili više.