Понятие о начальном градиенте.

Рис. Зависимость скорости фильтрации v_ф от гидравлического градиента i:

I – для песка; II – для глины (в разных масштабах).

Фильтрация воды в вязких глинистых грунтах имеет свои особенности, вызванные малыми размерами пор и вязким сопротивлением водно-коллоидных связей. Она начинается лишь при градиенте большем некоторого значения i_o. На кривой II можно различить три участка: начальный 0-1, когда скорость фильтрации практически равна нулю (v_ф = 0); переходный 1-2 криволинейный и, наконец, 2-3 – прямолинейный – установившейся фильтрации, когда скорость фильтрации пропорциональна действующему градиенту. Ввиду неопределённости в очертании и незначительности по величине переходного участка 1-2 можно принимать пересечение продолженной наклонной прямой 2-3 с осью i за значение начального градиента напора.

      -//-//-//-//-//-//-//-

 

30. скорость фильтрации.закон дарси З-н Дарси, расход воды в единицу времени через единицу площади поперечного сечения грунта, или так называемая скорость фильтрации U_f, прямо пропорционален гидравлическому градиенту i, т.е. U_f = k_f * i, где k_f – коэффициент фильтрации, равный скорости фильтрации при градиенте, равном единице. Экспериментальная зависимость скорости фильтрации от гидравлического градиента носит название закона ламирной фильтрации. Скорости фильтрации - количество профильтровавшийся жидкости в единицу времени на единицу площади, или аналитически: Зная скорость фильтрации, не трудно дать определение коэффициенту фильтрации: K_ф – коэффициент фильтрации – это скорость фильтрации при I = 1 (см/сек; м/сут). Коэффициент фильтрации для различных грунтов имеет значительный диапазон изменений, так средние значения K_ф для песков и глин может отличаться на несколько порядков (см. ниже). K_{ф.песок} = n 10^–2 см/сек K_{ф.глина} = n 10^–8 см/сек 31. закон уплотнения Если изменения давлений будут бесконечно малым, то изменения коэффициента пористости будут строго(точно) пропорциональны изменению давления: de = - m ₀ dp. Полученное соотношение имеет особо важное значение в механике грунтов и кладется в основу установления ряда ее фундаментальных положений: принципа линейной деформируемости, принципа гидроемкости, дифференциального уравнения консолидации и др. и называется законом уплотнения грунтов. Закон уплотнения грунтов – бесконечно малое изменение относительного объема пор грунта прямо пропорционально бесконечно малому изменению давления. Или может по другому: При небольших изменениях уплотняющих давлений изменение коэффициента пористости прямо пропорционально изменению давления.       -//-//-//-//-//-//-//- 32. причины нарушения устойчивости массивов грунта Анализ устойчивости массивов грунта имеет очень большое практическое значение при проектировании земляных сооружений: насыпей, выемок, дамб, земляных плотин, современных больших вскрышных котлованов, имеющих иногда глубину 100м и более, и других подобных сооружений. Главнейшими причинами нарушения устойчивости земляных масс будут: 1 – эрозионные процессы и 2 – нарушение равновесия. Эрозионные процессы протекают весьма медленно, незаметно; зависят они от внешних метеорологических и физико-геологических условий, а также от свойств поверхности массива грунта и обычно не рассматриваются в механике грунтов. Нарушение равновесия массивов грунта может происходить внезапно со сползанием значительных масс грунта – такие нарушения равновесия называют оползнями. Это вид нарушений равновесия является наиболее частым и происходит вразличного рода откосах и природных склонах как при увеличении действующих на массив нагрузок, так и при уменьшении внутренних сопротивлений. Оползни бывают: 1)Оползни скольжения 2) оползни вращения 3) оползни разжижения.       -//-//-//-//-//-//-//- 36. Динамический модуль упругости Динамический модуль упругости отражает только упругие свойства материала без влияния ползучести, поскольку при колебаниях образца в нем появляются напряжения, весьма незначительные по величине. По этой причине динамический модуль упругости приблизительно равен начальному модулю упругости, определенному при статических испытаниях, и значительно выше статического модуля деформаций. Разница в величинах динамического и статического модуля обусловлена также тем, что гетерогенность бетона влияет на эти модули по различному механизму. Динамический модуль упругости может быть также определен по скорости распространения импульса ультразвуковой частоты. Значение динамического модуля упругости, определенного по этому методу, зависит от величины коэффициента поперечной деформации, которая обычно точно неизвестна, а изменение величины коэффициента Пуассона от 0,16 до 0,25 приводит к уменьшению величины динамического модуля упругости на 11%. Поэтому определение динамического модуля упругости этим методом обычно не рекомендуется.       -//-//-//-//-//-//-//- 37. Распределения напряжений от собственного веса грунта Мы рассмотрели напряжения, возникающие в массиве грунта от действия внешней нагрузки, приложенной на поверхности. К этим напряжениям прибавятся напряжения от собственного веса грунта, которые принято называть природным давлением. Для однородных грунтов напряжение от собственного веса возрастает по линейному закону и на глубине z от поверхности составит , где – удельный вес грунта; z – глубина рассматриваемой точки, а эпюра природных напряжений будет иметь вид треугольника (рис. 3.15, а). При неоднородном напластовании с горизонтальным залеганием слоев эта эпюра имеет вид ломаной линии (рис. 3.15, б). Наличие уровня грунтовых вод также существенно влияет на вид эпюр напряжений от собственного веса грунта. В этом случае необходимо учитывать взвешивающее действие воды. Для грунтов, находящихся во взвешенном состоянии, удельный вес грунта определяется по формуле , где – удельный вес частиц грунта; – удельный вес воды; e – коэффициент пористости грунта. В водонепроницаемых грунтах, находящихся ниже уровня грунтовых вод, необходимо дополнительно учитывать гидростатическое давление от столба воды, расположенного над данным слоем (рис. 3.15, в). В связи с этим эпюра давления собственного веса грунта на кровле водоупора имеет скачок, равный .       -//-//-//-//-//-//-//-   11.     13         -//-//-//-//-//-//-//- №17 Характеристики сжимаемости грунта и как они определяются в полевых и лабораторных условиях Сжимаемость грунта зависит от его пористости, фанулометрического и минералогического составов, природы внутренних структурных связей и характера нагрузки. Сжимаемость грунтов обусловливается следующими причинами: уменьшением пористости грунтов под воздействием внешних нагрузок вследствие переупаковки твердых частиц; уменьшением толщины водно-коллоидных оболочек минеральных частиц под влиянием увеличивающегося внешнего давления; изменением физического состояния. Сжатие грунтов под нагрузкой называется осадкой, или деформацией, грунтов. Деформации грунтов имеют упругий и пластический характер. Упругие деформации возникают под действием нагрузок, не превышающих структурной прочности грунта. При снятии таких нагрузок происходит восстановление деформаций Если нагрузки превышают структурную прочность грунта, то связи между частицами (скелет грунта) разрушаются. Возникают так называемые пластические деформации, которые вызваны относительным перемещением частиц. Скорость развития пластических деформаций зависит от вида грунта, например, в песках крупных и средней крупности, крупнообломочных и трещиноватых скальных грунтах она на несколько порядков выше, чем в глинистых. Испытание грунтов на сжатие производится следующими видами: одноосное сжатие образцов;Испытания образцов на одноосное сжатие являются простейшими и применяются для прочных скальных, полускальных, мерзлых и плотных глинистых грунтов, из которых можно вырезать образец цилиндрической и призматической формы с диаметром или стороной поперечного сечения 40— 45 мм двухосное (компрессионное);Компрессионные испытания — наиболее распространенный вид лабораторных исследований для определения деформационных характеристик (свойств) грунтов. Компрессия — это процесс сжатия фунта без возможности бокового расширения (ε_х=ε_y=0), т.е. уплотнение образца без его разрушения. трехосное. Метод испытания штампом. Метод испытания радиальнымпрессиометром. Метод испытания лопастнымпрессиометром.       -//-//-//-//-//-//-//-   18. Механика грунтов: Объект изучения Объектом изучения в механике грунтов являются рыхлые горные породы (минерально-дисперсные образования) коры выветривания литосферы, т. е. природные грунты. Механика же грунтов есть часть общей механики горных пород, в которую как составные части входят: механика массивных пород, механика рыхлых горных пород, получившая название механики грунтов, и механика органических масс. Главнейшей отличительной особенностью грунтов от массивных горных пород, имеющей существенное значение при построении механики грунтов, является их раздробленность, т. е. грунты принадлежат не к сплошным телам, а к телам, состоящим из отдельных твердых частиц, не связанных между собой или связанных так, что прочность связей между ними во много раз меньше прочности материала самих частиц. Эта раздробленность создает пористость грунтов, изменяющуюся под влиянием внешних воздействий (особенно при увеличении и уменьшении давления, а также при изменении условий отложения, наличии электролитов, влажности и пр.), что обусловливает свойство сжимаемости грунтов. Раздробленность (дисперсность) грунтов также увеличивает, часто в сотни и тысячи раз, удельную поверхность минеральной их части, а следовательно, и ее поверхностную энергию, вызывая целый ряд физических и физико-химических явлений, которые существенно сказываются на механических свойствах грунтов. Кроме того, рыхлые горные породы (природные грунты) обладают водопроницаемостью (фильтрационной способностью), а прочность и устойчивость грунтов есть функция связности и внутреннего трения между твердыми частицами, присущего раздробленным телам и возникающего между частицами в процессе деформирования. Зависимость между деформациями и напряжениями для рыхлых пород (природных грунтов) также имеет характерную особенность, которая заключается в том, что эти породы при нагрузке и разгрузке всегда имеют кроме восстанавливающихся и остаточные деформации. Грунты как рыхлые горные породы необходимо рассматривать в неразрывной связи с условиями их формирования, учитывая взаимодействие их с окружающей средой, т. е. как продукт коры выветривания каменной оболочки земли (литосферы).       -//-//-//-//-//-//-//- 19. как определяется зерновой состав грунтов Частицы грунта, близкие по своим размерам, принято объединять в определенные группы, которые называют фракциями зернового состава грунта. Сочетание различных фракций определяет зерновой состав грунта. Зерновой состав показывает, какого размера и в каком количестве содержатся те или иные фрак­ции в грунте, что дает возможность правильно классифицировать грунты и получать ориентировочное представление об их свойствах. Метод просеивания на ситах (ситовой метод). По этому методу непосредственное разделение частиц грунта по крупности произво­дят путем просеивания его через набор сит с отверстиями разного диаметра — 25; 20; 15; 10; 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,51; 0,14 и 0,07 мм. Ос­татки на ситах взвешивают и относят к общей навеске грунта. Ситовой метод применяют в основном для определения содержания частиц разной величины в крупнообломочных, песчаных и реже супесчаных грунтах. Метод отмучиванияоснован на учете скорости падения частиц в спокойной воде или другой жидкости после ее взмучивания. Чем больше диаметр частиц, тем быстрее они осаждаются в воде. Так, частицы размером 0,05 мм осаждаются в воде со скоростью 1 см в 5 с, тогда как время падения частиц размером 0,001 мм на глуби­ну 1 см составляет 3 ч 28 мин. Методами отмучивания частиц в спокойной воде наиболее, целе­сообразно пользоваться для определения зернового состава мелких песчаных, супесчаных и легкосуглинистых грунтов. При этом обыч­но производят определение содержания следующих фракций ча­стиц: 0,25...0,05; 0,05...0,01 и <0,01 мм. Для грунтов, содержащих значительное количество глинистых частиц (<0,001 мм), методы отмучивания применяют очень редко ввиду ничтожно малой скорости оседания частиц этого размера, а, следовательно, длительного времени, необходимого на проведение одного анализа. Метод отбора проб суспензии пипеткой (пипеточный метод). Как и метод отмучивания, пипеточный метод отбора проб суспензии с определенной глубины через определенные сроки также основан на учете скорости падения частиц в спокойной воде. Для производ­ства анализа взмучивают грунтовую суспензию и оставляют ее в покое на некоторое время, после чего пипеткой (объемом 20...30 см³) с определенной глубины отбирают пробу суспензии. Такая проба содержит только те частицы, которые не успели осесть за указан­ное время отстаивания. При следующих пробах, взятых пипеткой через большие промежутки времени от начала отстаивания суспен­зии, получают более мелкие частицы. Определяя массу высушенных проб и зная размер отобранных частиц (вычисляемый по длитель­ности отстаивания суспензии и глубине взятия проб), после пере­расчета получают данные о содержании частиц этого размера во всем объеме суспензии. Ареометрический метод. При этом методе производят измерения плотности отстаиваемой суспензии ареометром через определенные промежутки времени. Плотность, замеренная ареометром, зависит от содержания в суспензии взвешенных твердых частиц. Получив значения убывающей плотности через определенные промежутки времени, с помощью расчетных формул или номограмм определяют количество содержащихся в грунте частиц определенной крупности.  

Содержание частиц Ai крупнее размера d		Вид грунта
d,мм	Ai,%
>2 >0,5 >0,25 >0,1 >0,1	>25 >50 >50 ≥75 <75	гравелистый крупный средней крупности мелкий пылеватый

 

      -//-//-//-//-//-//-//-