Меню

Что такое компрессионное давление грунта

Компрессионное испытание грунта

Содержание

Понятие о дисперсно-фазовой модели…………………………………………………………3

Список использованной литературы…………………………………………………………. 9

Понятие о дисперсно-фазовой модели

В процессе передачи нагрузки на скелет давление сначала будет восприниматься поровой водой (это давление называется нейтральным). Под действием этого давления вода начнет фильтровать сквозь грунт, поры начнут уменьшаться до тех пор, пока всё давление не будет воспринято скелетом грунта.

Дисперсной называют систему, в которой одно вещество в виде мелких частиц распределено в объёме другого.

Фаза – однородная по составу и свойствам часть рассматриваемой системы, отделенная от других фаз поверхностями раздела, на которых скачком изменяются некоторые свойства системы – например, плотность, электропроводность, вязкость. Фаза — это гомогенная часть гетерогенной системы.

Дисперсная фаза – это вещество, которое присутствует в дисперсионной системе в меньшем количестве. Она может состоять и из нескольких веществ.

Дисперсионная среда – это вещество, которое присутствует в дисперсионной системе в большем количестве, и в объеме которого распределена дисперсная фаза.

Компрессионное испытание грунта

Компрессионные испытания — наиболее распространенный вид лабораторных исследований для определения деформационных характеристик (свойств) грунтов. Компрессия — это процесс сжатия фунта без возможности бокового расширения (εх=εy=0), т.е. уплотнение образца без его разрушения.

Компрессионные испытания грунтов в лабораторных условиях проводятся в компрессионных приборах (одометрах). Конструкции их бывают различные, в зависимости от способа приложения нагрузки и целей исследования.

На компрессионное сжатие образец грунта испытывается в металлическом кольце, и на него через жесткий штамп передается сила F, вызывающая в образце сжимающее напряжение σ = F/A, где А — площадь поперечного сечения образца. Таким образом, под действием вертикальной нагрузки происходит вертикальное перемещение штампа, вызывающее осадку образца.

Схема компрессионного испытания образца грунта

График зависимости относительных деформаций (εz) от сжимающих напряжений при компрессионном испытании:

График зависимости εz=ƒ(σ)

При испытании грунта на компрессию предварительно определяют плотность грунта р, плотность частиц грунта ps и природную влажность со грунта, по которым вычисляют начальный (до сжатия) коэффициент пористости грунта:

Поскольку уплотнение и разрушение грунта происходит из-за изменения пористости, результаты компрессионных испытаний представляют в виде зависимости коэффициента пористости грунта от сжимающего напряжения (компрессионная кривая), т.е. зависимость εz= 1, Ez=ƒ(σ) представляется в виде е=ƒ(σ). Имея начальный коэффициент пористости e0, любой последующий определяется по формуле:

Читайте также:  Давление 749 мм рт ст это низкое или высокое давление

где ∆ — изменение коэффициента пористости; ΔVn— изменение объема пор образца грунта; Vs — объем твердых частиц грунта.

В ходе компрессионного сжатия грунтов определяются следующие показатели:

· коэффициент сжимаемости грунта;

· модуль деформации грунта для ветвей первичного и повторного нагружения;

· структурная прочность грунта при сжатии;

· коэффициент фильтрационной и вторичной консолидации (только для песков, глинистых и органических грунтов);

· относительное суффозионное сжатие;

· начальное давление (для засоленных песков, суглинков и супесей).

Сжимаемостью грунтов называют способность их уменьшаться в объеме (давать осадку) под действием внешнего давления.

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.

В свою очередь пластические деформации в грунтах можно разделить на объемные и сдвиговые. Объемные деформации приводят к изменению объема пор в грунте, т.е. его уплотнению, а сдвиговые — к изменению его первоначальной формы и могут вызывать разрушение грунта.

Испытание грунтов на сжатие производится следующими видами:

· одноосное сжатие образцов;

Степень сжимаемости грунтов при невозможности бокового расширения грунта обычно выражают через так называемый коэффициент компрессии (иначе коэффициент уплотнения; коэффициент сжимаемости).

Для изучения сжимаемости грунтов в настоящее время пользуются несколькими типами приборов, которые могут быть объединены в две группы:

• одометры — приборы, типа прибора Терцаги, с жесткими металлическими стенками, препятствующие боковому расширению образца при сжатии его вертикальной нагрузкой;

Читайте также:  Если высокое давление можно в срок родить

• стабилометры — приборы с боковым гидростатическим или аэростатическим обжатием образца, заменяющим действие жестких стенок в приборах первого типа.

Кривые сжимаемости

Компрессионная кривая изображается в координатах: коэффициент пористости e — давление p, МПа. Исследования показали, что компрессионные кривые применимы для оценки сжимаемости любых связных материалов.

Компрессионная зависимость состоит из 2-х ветвей: кривой уплотнения и кривой набухания. Кривая набухания получается при разгрузке первоначально сжатого образца. В этом случае будет происходить увеличение объема и пористости образца. Увеличение объема грунта при снятии нагрузки характеризует упругие деформации, а разность между первоначальным объемом и объемом образца после разгрузки –остаточные деформации. Во многих случаях в пределах небольших изменений давлений, компрессионная кривая сравнительно близка к секущей прямой (хорде) АВ. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс характеризует сжимаемость грунта и называется коэффициентом сжимаемости.

С увеличением давления кривая становится более пологой, так как грунт при этом постепенно уплотняется и становится менее сжимаемым.

Закон уплотнения

Сформулируем закон уплотнения. Уравнение описывает изменение коэффициента пористости только для спрямленного участка компрессионной кривой и поэтому является приближенным. Но если изменения давлений будут бесконечно малыми, то изменения коэффициента пористости будут точно пропорциональны изменению давления:

Полученное соотношение называется законом уплотнения грунтов: бесконечно малое изменение относительного объема пор грунта прямо пропорционально бесконечно малому изменению давления.

Коэффициент сжимаемости

Коэффициент сжимаемостиесть отношение изменения коэффициента пористости к разности давлений. Значение коэффициента сжимаемости определяется по формуле:

где e — коэффициент пористости, p — давление, m — коэффициент сжимаемости, МПа. Знак минус перед m вызван тем, что при увеличении давления коэффициент пористости уменьшается.

Коэффициент сжимаемости расчетная характеристика сжимаемости грунтов, которая используется при определении осадок сооружений. С помощью этого коэффициента можно производить качественную оценку грунта как основания зданий и сооружений:

при m≤ 0,1 Мпа -1 — грунт мало сжимаемый,
0,1 ≤ m≤ 1,0 Мпа -1 — средней сжимаемости,
m> 1,0 Мпа -1 — сильно сжимаемый.

Список использованной литературы

Источник

Компрессионные свойства грунтов (сжимаемость)

Для определения деформативных свойств грунтов проводятся компрессионные испытания.

Возьмем образец грунта 6 (рис. 4), полностью насыщенного водой, и поместим его в кольцо 4 (высотой h) одометра. Кольцо поставим на фильтрующее днище 5 и установим поршень 2 с отверстиями. Одометр поместим в ванночку 3 с водой 1 для исключения капиллярного давления и предотвращения высыхания образца грунта. Когда грунт насыщен водой не полностью, одометр не заливают водой, а окружают влажным пористым материалом, чтобы вода не испарялась из образца. Если к поршню одометра приложить давление р, высота образца уменьшится вследствие уплотнения грунта (уменьшения его пористости). При увеличении давления образец получит дополнительное уплотнение из-за изменения объема пор.

Читайте также:  Преобразователь давления premasreg 1141

Рис. 4. Схема испытания образца грунта на сжатие в одометре

Затем будем снимать нагрузку и наблюдать за результатами. По результатам испытаний строим график компрессионной кривой (к. к).

Из графика видно, что происходит необратимое уплотнение грунта.

Нас интересует в основном только прямая ветвь к. к., обратная ветвь к. к.– возможность поднятия дна, при глубоких котлованах (гидротехниче-

Изобразим снова компрессионную кривую. На небольшом участке рассмотрим приращение нагрузки ΔP и получим соответственно Δe. Заменим дугу прямой и рассмотрим угол α.

(-) – с увеличением нагрузки α – уменьшается.

В дифференциальной форме:

tgα=m и тогда основная математическая форма закона компрессии.

Для того чтобы получить mo, необходимо выделить определенный интервал.

Р1 – напряжение от собственного веса грунта

Р – дополнительное давление от внешней нагрузки

Если:

mo 0,05 1 МПа – грунт сильносжимаемый

Выводы

1. При изысканиях отбирают пробы грунта, строят график к. к. и определяют mo – это делают обычно инженеры-геологи, а строители оценивают свойства грунта по показателям, полученным от геологов.

2. Основной расчет оснований по II предельному состоянию – по деформациям. В формулу расчета осадки входит величина коэффициента относительного сжатия грунта.

– прямо пропорциональная связь.

Таким образом, m является той характеристикой, которая, как правило, решает выбор основания: можно строить или нельзя (тогда возникает необходимость перехода на искусственное основание).

В России существует еще одна характеристика сжатия грунта: Е – модуль общей деформации грунта.

Е – характеризует упругие + остаточные деформации

(Эти деформации не разделяются, так как в большинстве случаев для здания это не имеет никакого значения.)

, где

μ – коэффициент Пуассона (бокового расширения грунта).

Источник

Adblock
detector