Содержание
3.1.2. Модуль деформации грунтов
В
механике грунтов пользуются показателем,
характеризующим зависимость между
давлением и полной деформацией (упругой
и остаточной), — модулем общей деформации
Е0,
в отличие от модуля нормальной упругости
Еупр,
выражающего зависимость между давлением
и упругой деформацией. Модуль нормальной
упругости
,
(3.3)
где
Sупр
– упругая деформация; h
– мощность деформируемого слоя.
Модуль общей
деформации
,
где
S
– полная деформация.
Модуль
общей деформации по сравнению с модулем
нормальной упругости имеет следующие
отличия:
1.
В связи с нелинейностью деформаций
данное значение модуля общей деформации
оказывается справедливым лишь при малых
интервалах изменения нагрузки.
2.
Модуль общей деформации характеризует
зависимость между давлением и деформациями
только по ветви загружения; для ветви
разгрузки он неприменим.
3.
Модуль деформации – величина переменная,
изменяющаяся в зависимости от времени
действия нагрузки, степени уплотнения
грунта, площади и формы штампа, глубины
расположения штампа относительно
поверхности грунта.
Последняя
из указанных особенностей свойственна
не только модулю общей деформации, но
и модулю упругости грунтов, характеризующему
восстановление упругой деформации
грунта при снятии внешней нагрузки.
Очевидно,
величина модуля упругости грунтов,
характеризующая зависимость между
давлением и только упругой составляющей
деформаций, всегда будет больше, чем
модуль общей деформации того же грунта.
Модуль
общей деформации, следовательно,
представляет собой обобщенную
характеристику грунта, отражающую как
упругие, так и пластические деформации.
В противоположность модулю нормальной
упругости линейно-деформируемых тел
величина модуля общей деформации
меняется в процессе воздействия нагрузки
на грунт:
,
(3.
4)
где
Eоt
– модуль общей деформации грунта в
период действия нагрузки t;
St
– деформация, успевающая развиться за
тот же период времени t.
Из
рассмотренных особенностей деформаций
грунтов становится очевидной условность
применения к грунтам теории упругости.
Однако, несмотря на то, что свойство
упругих тел восстанавливать свою форму
при удалении внешнего воздействия не
присуще грунтам, решения теории упругости
применяются для определения напряжений
в грунтовом массиве и при оценке его
устойчивости.
Поскольку
удельное давление на грунт от сооружений
сравнительно невелико, то средней
плотности грунты в основании сооружений
с достаточной степенью точности
подчиняются законам линейно-деформируемых
тел. При возведении сооружений нас
всегда интересует величина осадки, а
не ее восстановление после снятия
нагрузки, поэтому частичная необратимость
деформаций грунта также не может служить
препятствием к применению теории
упругости для расчета оснований в
небольших интервалах нагрузок.
Обязательными
условиями при пользовании теорией
упругости для расчета грунтов следует
считать:
1.
Использование модуля общей деформации
как коэффициента пропорциональности
между нагрузкой и деформацией при
возрастании нагрузки в узком интервале
вместо модуля нормальной упругости.
2.
Рассмотрение напряженного состояния
грунта после окончания развития
деформаций от внешней нагрузки.
Следовательно,
пользуясь теорией упругости, мы будем
рассматривать грунты как линейно-деформируемые
тела, процесс сжатия которых от действия
внешней нагрузки уже закончился.
В
настоящее время в механике грунтов
используются различные модели грунтовой
среды для оценки НДС активной зоны и
определения давления по подошве
фундаментов.
2.4. Определение модуля деформации грунта
Одной
из важнейших характеристик грунта
является модуль общей деформации,
который используется для расчета осадок
зданий и сооружений.
Модуль деформации
можно определить по данным компрессионных
испытаний, испытанием штампа статической
нагрузкой в полевых условиях, с помощью
прессиометров и по данным физических
характеристик грунта.
Определение модуля деформации по данным компрессионных испытаний. Относительные вертикальные деформации определяются по формуле
(2.21)
или
.
(2.22)
Приравнивая правые части этих равенств
и учитывая, что
,
получаем
.
(2.23)
Если
обозначить
,
то
или
.
(2.24)
Следует отметить, что модуль деформации,
определенный по данным компрессионных
испытаний, часто значительно отличается
от действительного, т.к. извлечение
грунта из глубины для компрессионных
испытаний приводит к изменению его
напряженного состояния.
Определение модуля деформации по
данным испытания грунта статической
нагрузкой в шурфе или скважине.Наиболее точные значения модуля
деформации можно получить по данным
испытания штампа размером более 5000 см2в полевых условиях (рис.2.13).
Рис.2.13.
Испытания грунта статической нагрузкой
в шурфе:
а
– схема установки;
б
– зависимость осадки от нагрузки;
1 – шурф;
2 – жесткий штамп;
3
– платформа;
4
– нагрузка
а б
Модуль
общей деформации определяется по формуле
,
(2.25)
где
w
– коэффициент, принимаемый для круглых
жестких штампов равным 0,8; d
– диаметр штампа; Р
– приращение
нагрузки; S
– приращение осадки штампа при изменении
давления на P.
Формула (2.25)
применима в пределах линейной зависимости
графика “осадка — нагрузка”.
Определение
модуля общей деформации по результатам
испытания сваи-штампа с учетом изменения
свойств грунтов в результате забивки
свай.
Для
кустов свай
,
(2.26)
где
P
– нагрузка на сваю-штамп, кН; S
– осадка сваи-штампа при этой нагрузке,
см; l
– длина сваи, см; w0
–
безразмерный коэффициент, табулированный
в зависимости от отношения сторон куста
сваи, коэффициента бокового расширения
грунта 0,
приведенной ширины куста, приведенной
границы активной зоны (см.А.А.Бартоломей
и др. «Прогноз осадок свайных
фундаментов». М.: Стройиздат, 1994).
Для ленточных
свайных фундаментов
,
(2.27)
где
0
– безразмерная величина, табулированная
с учетом закономерностей передачи
нагрузки по боковой поверхности и в
плоскости острия, коэффициента бокового
расширения грунта 0,
приведенной ширины свайного фундамента
и приведенной глубины расположения
границы активной зоны (принимается по
таблицам вышеуказанной монографии).
Модуль общей
деформации можно определить и другими
методами:
а)
по данным испытания грунтов в приборах
трехосного сжатия (стабилометре):
,
(2.28)
где
1
– приращение осевого давления; z
– приращение вертикальных деформаций;
б)
по данным прессиометрических испытаний.
В пробуренную скважину опускается
резиновый цилиндр (рис.2.14), заполненный
жидкостью. По мере увеличения давления
в цилиндре увеличивается и его диаметр.
По отношению P/d
и соответствующим формулам определяется
общий модуль деформации;
Рис.2.14. Испытания
грунта в скважине с помощью прессиометра:
1 – прессиометр;
2 – резиновая
оболочка
в)
по данным таблиц СНиП в зависимости от
физических характеристик грунта (табл.
I.1,
I.3
приложения I).
Модуль Юнга грунта
Модуль Юнга грунта (E), обычно называемый модулем упругости грунта, является параметром упругости грунта и мерой жесткости грунта. Он определяется как отношение напряжения вдоль оси к деформации вдоль этой оси в диапазоне упругого поведения грунта. Модуль упругости часто используется для оценки осадки грунта и анализа упругих деформаций.
Модуль упругости грунта можно оценить по результатам лабораторных или полевых испытаний или на основе корреляции с другими свойствами грунта. В лаборатории его можно определить с помощью трехосного теста или косвенно с помощью теста одометра. В полевых условиях его можно оценить с помощью стандартного испытания на проникновение, испытания на проникновение конуса, прессиометра или косвенно с помощью испытания дилатометром.
Типичные значения молекул Юнга для различных грунтов согласно USCS
В целом жесткость и модуль упругости грунта зависят от консистенции и упаковки (плотности) грунта.
Типичные значения модуля Юнга почвы приведены ниже в качестве ориентира.
Типичные значения модуля Юнга для гранулированного материала (МПа) (на основе Obrzud & Truty 2012, составлено из Kezdi 1974 и Prat et al. 1995)
| USCS | Описание | Свободно | Средний | Плотный |
| ГВ, ПО | Гравий/песок хорошего качества | 30-80 | 80-160 | 160-320 |
| СП | Песок однородный | 10-30 | 30-50 | 50-80 |
| ГМ, СМ | Песок/гравий илистый | 7-12 | 12-20 | 20-30 |
Typical values of Young’s modulus for cohessive material (MPa) (based on Obrzud & Truty 2012 compiled from Kezdi 1974 and Prat et al.
1995)
| USCS | Описание | От очень мягкого до мягкого | Средний | От жесткого до очень жесткого | Жесткий |
| МЛ | Илы слабопластичные | 2,5 — 8 | 10 — 15 | 15 -40 | 40 — 80 |
| мл, класс | Илы с низкой пластичностью | 1,5 — 6 | 6-10 | 10 — 30 | 30–60 |
| Класс | Глины с низкой-средней пластичностью | 0,5 — 5 | 5–8 | 8 — 30 | 30 — 70 |
| СН | Глины с высокой пластичностью | 0,35 — 4 | 4-7 | 7 — 20 | 20 — 32 |
| ПР | Органические илы | — | 0,5 -5 | — | — |
| ОХ | Органические глины | — | 0,5 -4 | — | — |
ЛИТЕРАТУРА
- Обзуд Р.
и Трути, А. МОДЕЛЬ ЗАКАЛИВАНИЯ ПОЧВЫ – ПРАКТИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО Z Отчет Soil.PC 100701, редакция от 31.01.2012 - Кезди, А. (1974). Справочник по механике грунтов. Эльзевир, Амстердам.
- Прат М., Биш Э., Миллард А., Местат П. и Кэбот Г. (1995). La modelisation des ouvrages. Гермес, Париж.
и Трути, А. МОДЕЛЬ ЗАКАЛИВАНИЯ ПОЧВЫ – ПРАКТИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО Z Отчет Soil.PC 100701, редакция от 31.01.2012 Ссылка:
Geotechdata.info, Модуль Юнга грунта, http://geotechdata.info/parameter/soil-elastic-young-modulus.html (по состоянию на 17.09.2013).
Полевая оценка модуля деформации грунтов методом многоканального анализа поверхностных волн
- Список журналов
- Краткое описание данных
- т.24; 2019 июнь
- PMC6526240
Краткий обзор данных.
2019 июнь; 24: 103974.
Опубликовано в сети 8 мая 2019 г. doi: 10.1016/j.dib.2019.103974
Информация об авторе Примечания к статье Информация об авторских правах и лицензии Отказ от ответственности
- Дополнительные материалы
В работе представлены результаты обработки результатов нагрузочных испытаний и многоканального анализа поверхностных волн для дисперсных и полукаменистых грунтов на площадках с различным грунтовым состоянием, расположенных в Пермском крае Российской Федерации. По полученным данным рассчитывали удельный вес и модуль деформации. Ценность данных заключается в их применимости для оперативной предварительной оценки инженерно-геологического состояния площадки.
Ключевые слова: Волновой анализ, Многоканальный анализ поверхностных волн, MASW, Масса грунта, Испытание на плиту, PLT, Модуль деформации грунта, Начальный модуль сдвига грунта, Профиль скорости
Круглые пластины PLT 600 см 2 , 2 500 см 2 и 5 000 см 2 . Активный MASW с 24-канальной системой наблюдения с расстоянием между приемниками 0,5 м и 2 м. Период отбора проб и общее время учета выбирались на участке путем рекогносцировочных наблюдений. В.
Г. Офрихтер, И.В. Офрихтер, М.А. Безгодов, Результаты полевых испытаний твердых бытовых отходов совмещением CPTU и MASW, Краткие данные 19 (2018) 883-889. https://doi.org/10.1016/j.dib.2018.05.109 . Открыть в отдельном окне
| оценка физико-механических свойств грунтов и геотехнической обстановки на обследованных участках; • Данные MASW могут использоваться для быстрой оценки физических характеристик грунтов, в частности удельного веса грунта; • Данные MASW также можно использовать для оперативной оценки модуля деформации грунтов. Результаты были получены путем сравнения данных PLT и MASW, зарегистрированных в одних и тех же точках исследования. |
Открыть в отдельном окне
Результаты MASW представлены в сводке вместе с расчетами удельного веса грунта.
Массы единиц, определенные в лаборатории, представлены для сравнения. Расчетные модули деформации и начальные модули сдвига по данным ПГИ и волнового анализа приведены в . Модуль деформации рассчитывали по стандартной методике, рекомендованной ГОСТ 20276-2012 [1] для первых четырех точек кривой осадки, отсчитывая от начального давления под плитой.
Таблица 1
Сводная таблица результатов волнового анализа и данных расчета удельного веса.
| Site No. | Point No. | Soil type | V s , m/s | ρ, kg/m 3 | G 0 , MPa | h , м | z , м | УГТ, м | В с , м | 1 | кал. 0412 , kN/m 3 | γ lab , kN/m 3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | Sand fill | 245 | 1826 | 109.64 | 1.5 | 1.5 | – | 245 | 19.59 | 17.9 | |
| 2 | 1 | Argillite-like clay | 332 | 2010 | 221.57 | 3.5 | 11.5 | 1. 5 | 332 | 19.27 | 19.7 | |
| 1 | Sand rock | 417 | 2040 | 354.88 | >1.1 | 12.6 | 1.5 | 417 | 19.27 | 20.0 | ||
| 3 | 1 | Clay | 151 | 2112 | 48.16 | 0.5 | 0.5 | 3 | 151 | 18. 61 | 20.7 | |
| 4 | 1 | Clayey sand | 172 | 2040 | 60.38 | >1.4 | 3 | 1.6 | 118 | 16.47 | 20.0 | |
| 2 | Sandy clay | 118 | 1918 | 26.71 | 0.7 | 3.1 | 1.9 | 547 | 21.99 | 18. 8 | ||
| 5 | 1 | Sand | 142 | 1663 | 33.54 | 1 | 1 | 5 | 142 | 17.91 | 16.3 |
Open in a separate window
ρ is soil density; В с – скорость поперечной волны; G 0 – начальный модуль сдвига малой деформации; УГВ – уровень грунтовых вод; h – толщина слоя грунта; z — глубина основания слоя; В с – скорость поперечной волны; γ расч – вес единицы грунта; γ lab – вес единицы грунта, определенный в лаборатории.
Таблица 2
Оценка модуля деформации по ГОСТ 20276-2012 [1].
| Site No. | Point No. | Soil type | GWT, m | h pl , m | A , cm 2 | P n , МПа | P 0 , МПа | G 0 , MPa | E , MPa | m | E 5000 , MPa |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | Sand fill | – | 0 | 2500 | 0. 25 | 0.1 | 109.64 | 24.24 | 1.06 | 25.70 |
| 2 | 1 | Argillite-like clay | 1.5 | 9.19 | 600 | 0.8 | 0.2 | 221.57 | 37.75 | 1.06 | 40.02 |
| 1 | Sand rock | 1.5 | 11.7 | 600 | 0.8 | 0. 2 | 354.88 | 58.22 | 1.06 | 61.72 | |
| 3 | 1 | Clay | 3 | 0.1 | 600 | 0.2 | 0.05 | 48.16 | 5.92 | 1.2 | 7.10 |
| 4 | 1 | Clayey sand | 1.6 | 1.6 | 5000 | 0.125 | 0. 05 | 60.38 | 9.52 | 1 | 9.52 |
| 2 | Sandy clay | 1.9 | 2.4 | 5000 | 0.125 | 0.05 | 26.71 | 5.06 | 1 | 5.06 | |
| 5 | 1 | Sand | 5 | 0.1 | 600 | 0.2 | 0.05 | 33.54 | 13. 25 | 1.2 | 15.90 |
Open in a separate window
УГВ – уровень грунтовых вод; h pl – уровень плиты от поверхности; А – площадь пластины; P n – давление плиты, соответствующее четвертой точке линейной части кривой осадки; P 0 – начальное давление, соответствующее вертикальному межкристаллитному напряжению от собственного веса грунта на уровне испытаний; G 0 – начальный модуль сдвига малых деформаций; E – деформация PLT; м – коэффициент пересчета модуля деформации; E 5000 расчетный модуль деформации 5000 см 2 .
и представлены коэффициенты корреляции между модулем деформации и начальным модулем сдвига. Коэффициент корреляции рассчитывался по формуле: k = E 5000 / G 0 ; а затем была получена зависимость:
k=-0,005286γ3+0,314254γ2-6,248539γ+41,723895; R2=0,9965
(1)
где γ — удельный вес грунта, кН/м 3 ; k – коэффициент корреляции между начальным модулем сдвига МАСВ и модулем деформации грунта, определяемый по формуле (2):
E=kG0
(2)
Открыть в отдельном окне
Вес единицы – коэффициент корреляции.
Таблица 3
Вес единицы — данные коэффициента корреляции.
| No. | Soil type | G 0 , MPa | E 5000 , MPa | γ lab , kN/m 3 | k = E 5000 / G 0 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Sand fill | 33.54 | 15.90 | 16.3 | 0.474 |
| 2 | Argillite-like clay | 109.64 | 25. 70 | 17.9 | 0.252 |
| 3 | Sand rock | 26.71 | 5.06 | 18.8 | 0.189 |
| 4 | Clay | 221.57 | 40.02 | 19.7 | 0.181 |
| 5 | Clayey sand | 60.38 | 9.52 | 20 | 0.158 |
| 6 | Sandy clay | 354. 88 | 61.72 | 20 | 0.174 |
| 7 | Sand | 48.16 | 7.10 | 20.7 | 0.147 |
Открыть в отдельном окне
2.1. Описание участков
Испытания PLT и исследования MASW проводились на пяти участках с различными почвенными условиями:
1.
Участок №1. Грунт под фундаментной плитой:
2.
Участок №2. Автодорога. Площадка у опоры мостового перехода:
−
Глина среднепрочная рыхлая трещиноватая насыщенная аргиллитоподобная с гнездами песчаника низкой и средней прочности;
−
Песчаная порода мелкозернистая рыхлая трещиноватая насыщенная малой и средней прочности;
3.
Площадка № 3. Свободная от построек площадка бывшего завода:
4.
Площадка № 4. Основание фундаментной плиты жилого дома:
−
Серо- бурый песчанистый флюидный глинистый песок с прожилками и гнездами 3–5 см мелкого серого насыщенного песка и очень мягкий коричневый глинистый песок;
−
Песчаная глина темно-серая тяжелая пылеватая очень мягкая с включениями до 15% хорошо разложившегося черного органического вещества;
5.
Площадка № 5. Свободный от сооружений полигон кафедры «Строительные работы и геотехника» ПНИПУ:
Представлены физические свойства грунтов, определенные в лаборатории в .
Таблица 4
Физические свойства грунтов полигонов.
| № площадки | № точки | Тип почвы | w | w L | w P | γ, kN/m 3 | γ s , kN/m 3 | γ d , kN/m 3 | e | S r |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | Sand fill | 0. 068 | – | – | 18.2 | 26.2 | 17.0 | 0.54 | 0,33 |
| 2 | 1 | Argillite-like clay | 0.170 | 0.34 | 0.14 | 20.4 | 26.2 | 17.4 | 0.50 | 0.89 |
| 1 | Sand rock | 0.170 | – | – | 20. 5 | 26.6 | 17.5 | 0.52 | 0.87 | |
| 3 | 1 | Clay | 0.129 | 0.33 | 0.07 | 21.2 | 27.0 | 18.4 | 0.47 | 0.75 |
| 4 | 1 | Clayey sand | 0.296 | 0.24 | 0.18 | 20.2 | 27.0 | 15. 6 | 0.73 | 1.09 |
| 2 | Sandy clay | 0.299 | 0.35 | 0.19 | 18.8 | 26.4 | 14.5 | 0.82 | 0.96 | |
| 5 | 1 | Sand | 0.099 | – | – | 16.3 | 25.1 | 14.7 | 0.69 | 0.36 |
Open in a separate окно
W содержание воды; W L предел жидкости; W P пластиковый предел; I P – индекс пластичности; я L – индекс ликвидности; р — плотность; ρ s – плотность частиц; ρ d – плотность сухого грунта; e – коэффициент пустотности; S r – степень насыщения.
Испытания плиты под нагрузкой проводились в соответствии со стандартной методикой, изложенной в ГОСТе [1]. За истинное значение модуля деформации принимают модуль E 5000 , полученный для пластины 5000 см 2 [2], [3]. Модуль деформации, определенный для 600 см 9Пластина 0298 2 преобразована в модуль E 5000 по формуле (3)
[4]:
E5000=E600⋅m
(3)
где E 600 – модуль деформации пластины 600 см 2 ; м – коэффициент пересчета, зависящий от коэффициента пустотности е по [4].
Согласно исх. [4], для плит других площадей коэффициент м в формуле. (3) можно рассчитать по выражению из Приложения Б к [5]:
m=(A5000/Ai)n/2
(4)
где A 5000 – пластина 5000 см 2 ; A i i см 2 площадь плиты; n – редукционный аргумент согласно приложению Б к [5], для илисто-суглинистого грунта n = 0,15–0,3, для песчаного грунта n = 0,25–0,5.
Многоканальный анализ поверхностных волн (MASW) — недорогой экспресс-неинвазивный полевой метод волнового анализа зоны низких скоростей в верхней части почвенного профиля. Используемая авторами методика полевого обследования и дальнейшей обработки данных описана в работах [6], [7]. Оптимальные параметры брались согласно работам [8], [9], [10], [11].
Полученные значения скоростей поперечных волн в испытанных слоях грунта использовались для расчета начальных модулей сдвига по выражению [12]:
G0=ρVs2
(5)
испытания, кг/м3; Vs – скорость сдвиговой волны в слое грунта, м/с.
Следует отметить, что выражение (6), предложенное в работе [12], позволяет рассчитать удельный вес грунта по значениям скоростей и глубины поперечных волн:
γ=8,32lg(Vs)−1,61lg(z)
(6)
где γ – удельный вес слоя грунта, кН/м 3 ; z – глубина основания пласта, м.
Авторы выражают благодарность службе поддержки научных исследований Пермского национального исследовательского политехнического университета за предоставление оборудования для полевых и лабораторных испытаний.
Это исследование не получало специального грантового финансирования от агентств в государственном, коммерческом или некоммерческом секторах.
Документ прозрачности, связанный с этой статьей, можно найти в онлайн-версии по адресу https://doi.org/10.1016/j.dib.2019..103974.
Ниже приводится документ прозрачности, относящийся к этой статье:
Мультимедийный компонент 1:
Щелкните здесь для просмотра. (450K, pdf) Мультимедийный компонент 1
1. ГОСТ 20276-2012. 2013. Почвы. полевые методы определения прочностных и деформационных характеристик. (In English) [Google Scholar]
2. Каширский В.И. Сравнительный анализ деформационных характеристик фундаментов проведен лабораторным и натурным методами. Геотехника. 2014;5–6:32–44. (на русском языке) [Google Scholar]
3. Калугина Ю.А., Кек Д., Пронозин Я.А. Определение модулей деформации грунта по национальным строительным нормам России и Германии.
Журнал Civil Eng. 2017;7(75):139–149. doi: 10.18720/MCE.75.14. (In English) [CrossRef] [Google Scholar]
4. Лушников В.В. Развитие метода прессиометрии почв в России. Геотехника. 2014: 46–61. (In Russian) [Google Scholar]
5. Основания гидротехнических сооружений. 2011. СП 23.13330.2011. (на русском языке) [Google Scholar]
6. Парк С.Б., Миллер Р.Д., Ся Дж. Многоканальный анализ поверхностных волн. Геофизика. 1999;64(3):800–808. [Google Scholar]
7. Суто К. Многоканальный анализ поверхностных волн (MASW) для исследования прочности грунта: введение, в «Engineering Advances in Earthworks» Aust. Геомеханика соц. 2007: 71–81. [Google Scholar]
8. Park C.B., Carnevale M. Оптимальное исследование MASW – пересмотр после десятилетия использования. ГеоФлорида. 2010: 1303–1312. doi: 10.1061/41095(365)130. [Перекрестная ссылка] [Академия Google]
9. В Антипов В., Офрихтер В.Г., Шутова О.А. Известия Московского государственного строительного университета.