Задача 3. Физико-механические свойства грунтов

Деформационные свойства

Деформационные свойства грунтов характеризуют поведение грунта под нагрузками, не превышающими критические и, следовательно не приводящими к его разрушению. Для дисперсных грунтов наиболее важным деформационным свойством является их сжимаемость под нагрузкой, обусловленная уменьшением объема пор вследствие смещения частиц относительно друг друга, деформацией самих частиц, а также воды и газов, заполняющих поры. Показатели сжимаемости дисперсных грунтов определяются в лабораторных условиях с помощью компрессионных испытаний – сжатии без возможности бокового расширения.

На основании приведенных данных (таблицы 2.10, 2.11) построить компрессионную кривую (кривая зависимости коэффициента пористости от нагрузки) и рассчитать значения коэффициента уплотнения, компрессионный модуль деформации, модуль общей деформации и модуль осадки по Н.Н.Маслову. Дать название грунту по величине модуля осадки (таблица 2.12).

Таблица 2.10

Физические свойства исследуемых грунтов

Вариант	Характеристика грунта	Плотность в естественном сложенииρ,г/см3	Естественная влажность W, %	Плотность твердых частиц ρs,г/см3
	Синие кембрийские глины	2,16	16,0	2,70
	Моренные суглинки	2,22	15,0	2,72
	Покровные суглинки	1,97	23,0	2,69
	Пойменные аллювиальные суглинки	1,96	21,5	2,69
	Старичный аллювий. супеси	1,94	29,6	2,70
	Озерно-аллювиальные пески	1,76	13,0	2,68

Приведенные данные позволяют рассчитать значения плотности скелета грунта

ρ_d = ρ/(1+0,01W), и коэффициент пористости ε₀ =(ρ_s-ρ_d)/ρ_d. (физический смысл показателей описаны в разделе «Физические свойства грунтов»).

Таблица 2.11

Значения абсолютной деформации грунтов Δh (мм) под нагрузкой при компрессионных испытаниях (по показаниям миссуры). Начальная высота образца h=10 мм.

Значения удельной нагрузки, σМПа	Варианты
0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0
0,1	0,41	0,04	0,04	0,08	0,44	0,02
0,2	1,17	0,07	0,09	0,13	0,71	0,07
0,3	1,66	0,11	0,15	0,16	1,05	0,10
0,4	1,79	0,14	0,24	0,19	1,16	0,12

 

Для записи результатов расчета можно воспользоваться нижеприведенной таблицей:

Удельная нагрузка, МПа

Абсолютная деформация грунтаΔh (мм)

Относительная деформация грунтаΔh/h

Приведенная пористость Δεn = Δh(1+ε0)/h

Коэффициент пористости εn =ε0 -Δεn

 

Коэффициент уплотнения – отношение изменения коэффициента пористости к разности напряжений, вызвавших эти изменения: а =Δε/Δσ. Коэффициент уплотнения измеряется в МПа^-1.

Модуль компрессионной деформации Е_к является количественной характеристикой сжимаемости грунтов при компрессионных испытаниях и величиной, обратной коэффициенту уплотнения: Е_к = 1/а = Δσ/Δε, МПа.

Модуль общей деформации или просто модуль деформации Е характеризует деформационное поведение грунта в условиях возможности бокового расширения при условии присутствия упругих и остаточных деформаций. В практике инженерно-геологических исследований модуль деформации рассчитывают по формуле:

Е = β(1+ε₀)/а, где β – множитель для перехода от сжатия (без возможности бокового расширения) при компрессионных испытаниях к сжатию, имеющему место в натуре; численно его принимают равным для песков 0,8; для супесей 0,7; для суглинков 0,5; для глин 0,4.

Модуль осадки е_р –величина непосредственного вертикального сжатия столба грунта высотой в 1 м при приложении к нему дополнительной нагрузки σ=0,3 МПа (Маслов Н.Н.). е_р = 1000 Δh/h миллиметров на метр.

 

Таблица 2.12

Характеристика грунта по модулю осадки

Категория грунта по сжимаемости	Модуль осадкиер, мм/м	Характеристика сжимаемости
I		Практически несжимаемая
II	1-5	Слабая
III	5-20	Средняя
IV	20-60	Повышенная
V		Сильная

Просадочность грунтов

Под просадочностью понимают уменьшение объема грунта при увлажнении.

Просадочность – это свойство большой группы макропористых грунтов, с небольшой природной влажностью(S_r ≤ 0,6), к которым относятся лессовые и лессовидные грунты.

Макропористыми называются такие грунты, которые содержат поры, превышающие по размерам наиболее крупные зерна данного грунта. Основная причина просадочностилессовых грунтов состоит в разрушении воднорастворимых структурных связей поддействием воды.

На основании данных, приведенных в таблице (таблица 2.13) построить график зависимости относительной деформации от нагрузки, рассчитать относительную просадочность и величину макропористости. По результатам всех вариантов построить зависимость величины относительной просадочности от нагрузки.

Таблица 2.13

Значения абсолютных деформаций образца лессового грунта Δh, мм в зависимости от прилагаемой нагрузки. Начальная высота образца h₀=10мм

Нагрузка уплотнения, МПа	Значения абсолютных деформацийΔh,мм Варианты
0,05	0,12	0,07	0,03	0,04	0,06	0,05
0,05 замачивание	0,23	-	-	-	-	-
0,1	0,28	0,09	0,08	0,10	0,09	0,09
0,1 замачивание	-	0,24	-	-	-	-
0,2	0,34	0,28	0,12	0,13	0,12	0,13
0,2 замачивание	-	-	0,32		-	-
0,3	0,39	0,32	0,38	0,15	0,15	0,19
0,3 замачивание	-	-	-	0,41	0,45	-
0,4	0,41	0,34	0,41	0,43	0,47	0,22
0,4 замачивание	-	-	-		-	0,39
Пористостостьε0	0,92	0,85	0,87	0,79	0,91	0,79

Относительная просадочность δ_пр – представляет собой отношение изменения толщины слоя грунта (высоты образца) в результате замачивания при заданном вертикальном давлении к его толщине в природном залегании (высоте образца при природном давлении). Относительная просадочность определяется по формуле:

δ_пр =(h′-h_пр)/ h₀, где h′- –высота образца грунта природной влажности, обжатого без возможности бокового расширения при давлении испытания, h_пр - высота того же образца после замачивания его до полного водонасыщения при сохранении давления замачивания, h₀ - высота того же образца природной влажности, обжатого без возможности бокового расширения давлением, равным давлению от собственного веса на рассматриваемой глубине. При значении относительной просадочности δ_пр ≥0,01 порода считается просадочной.

Макропористость характеризуется разностью значений пористости до и после просадки в результате увлажнения под нагрузкой. Для расчета макропористости подсчитать значения коэффициента пористости по формуле: ε = ε₀ - Δh(1+ε₀)/h до и после просадки и соответственно значения пористости через коэффициент пористости:

n= ε/(1+ ε). Разница в значениях пористости отвечает макропористости лессового грунта.