Прочность глинистых грунтов: Прочность грунта — sprosigeologa.ru

Прочность грунта — sprosigeologa.ru

Прочность грунтаПрочность грунта (далее – ПГ) – это способность грунта сопротивляться разрушению, в основном при механическом воздействии на него. Ее выражают и оценивают временным сопротивлением сжатию, разрыву, скалыванию (для полускальных и скальных грунтов), сдвигу (для глинистых грунтов и песков). Она обусловлена взаимодействием между элементами, составляющими грунт.

ПГ зависит не только от самого грунта, но и от вида напряжённого состояния (растяжение, сжатие, изгиб и др.), условий эксплуатации (температура, скорость нагружения, длительность и число циклов нагружения, воздействие окружающей среды и т.д.). В зависимости от всех этих факторов в механике грунтов приняты различные категории: предел ПГ, предел текучести, предел усталости и др. Повышение ПГ достигается термической и механической обработкой, введением добавок, применением армированных и композиционных материалов.

Длительная прочность – ПГ при длительном действии нагрузки. Характеризуется кривой длительной прочности. Она зависит, в основном от прочности структурных связей грунта.

У грунтов с крепкими кристаллизационными и конденсационными связями прочность до их разрушения снижается до 70-90% от начальной (для большинства скальных грунтов до 60-80%). При наличии самых слабых структурных связей (коагуляционных) длительная прочность уменьшается до 20-60% от начальной.

В глинистых грунтах длительная ПГ зависит также от их влажности и консистенции. У глинистых грунтов пластичной консистенции прочность с течением времени при постоянной нагрузке снижается сравнительно быстро, и длительная ПГ для текучепластичных глин составляет от 20-40% до 50-60% для тугопластичных глин от начальной прочности. У мёрзлых грунтов длительная ПГ составляет 15-50% от начальной прочности, длительная ПГ льда уменьшается до нуля. При сжатии прочность снижается в меньшей мере, чем при сдвиге и тем более при растяжении. В условиях сложного напряжённого состояния, чем больше среднее нормальное напряжение, тем в меньшей степени снижается прочность. С ростом температуры снижение ПГ идет интенсивнее.

Контактная прочность – характеристика твёрдости породы, определяемая при вдавливании штампа в необработанную поверхность образца и составляющая, например, для песчаников 3,5 – 18,0 МПа, для сланцев 3,0 – 7,0 МПа.

Мгновенная прочность – ПГ при мгновенном приложении нагрузки.

Прочность грунта на сжатие – разрушение грунта при сжатии. Проводится в условиях свободного бокового расширения (такое испытание называется простым или одноосным сжатием) или при его ограничении. Она характеризуется пределом прочности на одноосное сжатие R_с и равно частному от деления максимальной разрушающей нагрузки на площадь поперечного сечения образца до испытания. По величине R_с приближённо оценивается несущая способность свай. Она прямо пропорциональна предельной расчётной величине прочности на одноосное сжатие. Величина R_с используется также для определения устойчивости массива грунтов, в котором происходит подземная выработка, величин его смещения, нагрузок на крепь и параметров крепи. По значению R_с вычисляют коэффициент крепости по Протодьяконову.

Предел прочности на одноосное сжатие в лабораторных условиях изучают на образцах правильной (кубической или цилиндрической) и неправильной форм. Между пределом прочности на одноосное сжатие для образцов правильной R_с и неправильной R_с.н. формсуществует эмпирическая взаимосвязь R_с=5,3 R_с.н. Предел прочности на одноосное сжатие зависит от трещиноватости грунта, размера, формы и характера упаковки слагающих грунт частиц, прочности структурных связей между частицами, степени насыщения грунта водой или льдом.

Стандартная прочность – ПГ (песчаных и глинистых), оцениваемая методом медленного сдвига после предварительного полного их уплотнения при давлении, соизмеримом с давлением, создаваемым инженерным сооружением.

Структурная прочность – ПГ, обусловленная структурными связями между компонентами грунта, преимущественно твёрдыми. Она зависит от вида компонент и их физической природы, отвечает величине нагрузки, при которой начинается деформирование грунта. Различают структурную прочность при сжатии и сдвиге. Структурная ПГ при сжатии ориентировочно определяется по формуле: σ_стр=2с cosφ /(1-sinφ), где φ – угол внутреннего трения; с – сцепление.

Прочность грунта фильтрационная – сопротивление грунтов, главным образом песчаных, разрушению при действии на них фильтрационного потока.

Прочность остаточная – минимальное касательное напряжение при данной величине деформации, которое грунт выдерживает без деформирования и разрушения.

Прочность пластическая – предельное сопротивление сдвигу глинистых грунтов, определяемое по результатам лабораторных пенетрационных исследований по формуле: Р_m=K_aP/h², где K_a – константа конуса, равная 0,959 при угле вершины конуса 30⁰; Р – усиление пенетрации; h – глубина погружения конического наконечника под действием усилия Р.

Главная—>Справочник геолога—>Прочность грунта

Прочность грунта – описание свойства, характеристики и методы определения прочности

Прочность грунта – это его свойство сопротивляться разрушительному действию факторов внешней среды. К ним относятся механические нагрузки, воздействие температуры, электрического и магнитного поля, химических веществ.

• Прочность грунта

• Чем отличаются деформируемость и прочность грунтов

• Факторы прочности

• Механизм разрушения грунта

• Основные виды и показатели прочности

• Практическое значение показателя прочности

На практике грунт чаще всего подвергается механическим нагрузкам – давлению фундамента, сдвигу при передвижении автомобилей. Поэтому в статье мы подробно расскажем именно о механической прочности, коротко упомянем о других видах. Вы узнаете, от чего зависит показатель, как он измеряется. В конце вы узнаете о значении прочности грунта в строительстве и других сферах. Но прежде всего давайте разберемся в терминологии.

Чем отличаются деформируемость и прочность грунтов

Прочность очень часто трактуют как деформируемость – и наоборот. Но это разные понятия.

При воздействии внешних нагрузок в грунте появляется напряжение, что ведет к смещению его частиц относительно друг друга. В результате возникают упругие и остаточные деформации – изменение формы или объема грунта без критического разрушения связей между его элементами. При упругом деформировании после снятия нагрузки объем и форма восстанавливаются. Остаточные деформации провоцируют необратимые изменения в грунте, так как связи между частицами сильно ослабевают и уже не восстанавливаются.

Кроме того, существуют деформации пластичные, осадки и набухания. Первые характерны для глинистых грунтов и возникают за счет образования вокруг мелких частиц водной пленки, которая до определенного момента выступает связующим звеном между ними. Грунт меняет форму без разрушения. Деформации осадки и набухания связаны с изменением объема за счет уменьшения пористости или заполнения пор и капилляров водой. При этом связность грунта не нарушается. Детальнее о деформациях вы можете прочитать в соответствующей статье на нашем сайте.

В отличие от деформаций, прочность измеряется критическими нагрузками. После их воздействия необратимо разрушаются связи между отдельными элементами грунта, и он теряет свою целостность. Как именно это происходит, вы можете узнать в следующих частях этой статьи.

Факторы прочности

Прочность грунта зависит в первую очередь от его структуры, гранулометрического и минерального состава. Она обеспечивается взаимодействием между атомами и молекулами образующей породы, отдельными частицами, агрегатами и конгломератами.

Связи между элементами грунта бывают нескольких типов:

• Кристаллические
  Это самый прочный тип связей, характерный для магматических и метаморфических грунтов. Он возникает между отдельными молекулами породы. Связи выстраиваются в кристаллические решетки разной формы. Чтобы их разорвать, необходимо приложить большое усилие.
• Цементационные
  Они встречаются в скальных и связных грунтах, часто скрепляют отдельные частицы в агрегаты и конгломераты. В качестве цементирующего вещества выступают глинистые минералы (гидрослюда, каолинит), известняк, доломит, железистые и кремнистые соединения (опалы, кварц, халцедон, оксиды железа). По прочности цементационные связи почти не уступают кристаллическим.
• Коагуляционные
  Они характерны для связных глинистых и пылеватых грунтов, образуются за счет взаимного сближения молекул. Усиливаются они при наличии связанной воды, но быстро разрушаются при увеличении влажности и появлении свободной воды.
• Физические (за счет силы трения)
  Они встречаются в несвязных дисперсных грунтах. Такие связи очень слабые и разрываются при незначительных нагрузках.

Грунт – это неоднородная структура. В нем встречаются элементы с разными типами связей. Чем слабее соединения, тем быстрее они поддаются разрушению. В результате на фоне целостного массива появляются дефекты.

Их принято разделять на несколько рангов:

• Первый ранг – это дефекты кристаллической структуры минерала; они бывают точечными, линейными, плоскими или объемными
• Второй ранг – дефекты в агрегатах или нарушение связей между отдельными зернами
• Третий ранг – плоские и объемные дефекты массива грунта в форме трещин разной формы и другие изъяны

В скальных и крупнообломочных грунтах преобладают кристаллические связи. Поэтому их разрушение идет на всех уровнях. В дисперсных встречаются только дефекты второго и третьего ранга. Сами частицы в материале довольно прочные и редко разрушаются под воздействием нагрузок.

Кроме типа связей на прочность грунта влияют другие внутренние и внешние факторы:

• Гранулометрический состав
  Крупнообломочные грунты проще теряют прочность, чем мелкозернистые. Это связано с тем, что большие частицы быстрее разрушаются под воздействием различных нагрузок. Также нарушает прочность неоднородный гранулометрический состав. При наличии крупных включений показатель падает.
• Текстура и структура
  Грунт состоит из отдельных частиц, которые могут быть по-разному ориентированы. Если структура анизотропная (частицы ориентированы в разные стороны), то прочность низкая. При слоистой структуре показатель повышается. Но он зависит от того, в каком направлении по отношению к слоям направлена нагрузка.
• Минеральный состав
  Прочность грунта напрямую зависит от прочности минералов, входящих в его состав. Один из самых высоких показателей у кварца – его примеси всегда улучшают способность сопротивляться нагрузкам. Среди глинистых минералов большей прочностью обладает монтмориллонит, чем каолинит.
• Засоленность
  Грунты с высоким содержанием растворимых солей быстро теряют прочность при увлажнении. В мерзлых засоленных грунтах понижается температура замерзания воды, даже при низких температурах в них остается жидкость. Это снижает устойчивость к разным типам нагрузок.
• Пористость и трещиноватость
  Наличие пор и трещин – это признак выветривания породы. Чем больше таких элементов, тем слабее грунт.
• Сила и тип нагрузки
  Грунты по-разному реагируют на удары, касательное, боковое и вертикальное напряжение. Быстрые периодические удары интенсивнее разрушают материал, чем постоянное давление.
• Поровое давление
  Оно зависит от количества жидкости в порах. Прочность водонасыщенного материала выше, так как напряжение в меньшей мере передается скелету грунта. Но показатель падает при влажности, не достигающей полного водонасыщения.
• Влажность
  Полностью сухие связные грунты прочнее, чем влажные. Чаще всего они имеют более компактную структуру и прочные связи между частицами, которые разрушаются при увлажнении. При полном водонасыщении прочность увеличивается (особенно у несвязных дисперсных грунтов). Но показатель водонасыщенного связного грунта будет ниже, чем у полностью сухого.
• Температура
  При повышении температуры увеличивается кинетическая энергия молекул и атомов. Это ведет к ослаблению химических связей внутри элементов грунта и падению прочности. В мерзлых образцах показатель снижается после таяния льда.

На грунт действует вся совокупность перечисленных факторов. Прочность будет зависеть от их соотношения.

Механизм разрушения грунта

Механизм потери грунтом прочности стадийный. На каждом этапе – всего их три – разрушаются определенные типы связей, усугубляются дефекты и деформации.

Первая стадия
После приложения нагрузки в грунте сначала возникают упругие деформации, которые со временем переходят в пластические. В местах с неоднородной структурой (разными типами связей и минеральным составом, дефектами) возникает усиленное напряжение. Именно здесь появляются первые микротрещины и деформации.
Количество и объем первых дефектов зависит от степени неоднородности грунта. Напряжение на первой стадии еще не критичное, оно не ведет к разрушению грунта. Энергия, которая выделяется при образовании трещин или деформаций, расходуется на восстановление поверхности грунта.
Первая стадия сопровождается выделением разных типов энергии – звуковой, тепловой, магнитной, химической. Ее можно рассматривать как подготовительный этап к дальнейшему нарушению целостности грунта.

Вторая стадия
На второй стадии количество дефектов увеличивается. При этом часть трещин может исчезать. Дальнейшее разрушение грунта зависит от соотношения новых и старых трещин. Когда новых дефектов становится значительно больше, прочность грунта резко падает, и он теряет свою целостность.
Между кристаллическими решетками скальных грунтов и зернами дисперсных появляются пустоты. При увеличении нагрузки и деформации меняются их размеры и формы. Расширение объема пустот – еще один этап, ускоряющий разрушение.

Третья стадия
Третья стадия завершается необратимым разрушением грунта. Мелкие трещины сливаются в одну большую, которая раскатывает породу. В дисперсных грунтах возникают стойкие пластические деформации.

Дальше мы рассмотрим основные типы нагрузок и показателей, которые используются при изучении прочности грунта.

Основные виды и показатели прочности

Не существует единой классификации прочностных характеристик грунта. Во время эксплуатации массив подвергается разным нагрузкам – горизонтальным (касательным или разрывающим), вертикальным (сжимающим), постоянным, периодическим. Грунт по-разному реагирует на каждую из них.

Выделяют различные виды прочности.

Так, она может быть:

• Стандартная – это прочность при медленном сдвиге уплотненного предварительно образца грунта
• Фильтрационная – свойственна главным образом песчаным грунтам, измеряется при действии фильтрационных потоков воды, проходящих через массив
• Пластическая – это прочность при сдвиге глинистого грунта
• Контактная – определяется при вдавливании штампа в необработанную поверхность грунта, свидетельствует о твердости минеральной породы

Также прочность бывает:

• Структурная – зависит от сложения и типа связей между твердыми частицами; на нее влияет минеральный состав и дисперсность грунта
• Остаточная – это минимальное напряжение, которое способен выдержать грунт без разрушения

В зависимости от времени нагрузок она может быть:

• Длительная – прочность при длительных нагрузках (например, при постоянном давлении фундамента здания)
• Мгновенная – прочность при коротком воздействии нагрузки (при ударе или проезде автомобиля)

В зависимости от типа воздействия прочность бывает:

• Механическая
  Это устойчивость грунта к механическим нагрузкам. Именно этот показатель определяют чаще всего.
• Термическая
  Это устойчивость к воздействию высоких или низких температур. Выражен показатель в мерзлых грунтах. При снижении температуры прочность увеличивается, при повышении – уменьшается из-за таяния льда. Показатель также зависит от термической устойчивости минералов, входящих в состав породы.
• Электрическая, магнитная и электромагнитная
  Это устойчивость к воздействию электрического тока, магнитного и электромагнитного поля.
• Химическая
  Это устойчивость к воздействию различных химических веществ – кислот, щелочей, растворителей. Она зависит от минерального состава, наличия в грунте растворимых солей.

Для проверки прочности грунт подвергают критической нагрузке. Под ее воздействием упругие разновидности (скала, крупнообломочный грунт) разрываются и теряют свою целостность. Пластичные грунты (глины, супеси, суглинки, лёссы) сначала необратимо меняют свою форму, а затем также теряют целостность.

Для определения устойчивости грунта к разрушениям используют несколько показателей:

• Одноосное сжатие
• Одноосное растяжение
• Сопротивление сдвигу

О них читайте далее.

Одноосное сжатие

При одноосном сжатии грунт подвергается вертикальной нагрузке, фиксируется давление, при котором начинается разрушение образца. Затем показатель определяется по соотношению давления и площади сечения образца грунта. Испытания проводятся согласно ГОСТ 12248-2010.

Прочность на сжатие отражает, как реагирует грунт на давление фундамента зданий. Показатель высокий у скальных грунтов магматического и метаморфического происхождения, немного ниже у осадочных. Крупнообломочные грунты хуже переносят вертикальные нагрузки, так как большие куски породы быстрее разрушаются, чем мелкие. Прочность мелкозернистых несвязных грунтов зависит от их плотности, у связных – от консистенции. Детальнее о показателе вы можете прочитать в статье Прочность грунта на сжатие.

Одноосное растяжение

Показатель определяется силой, которую следует приложить для разрыва образца грунта. Его определяют у скальных и связных дисперсных грунтов. Методики описаны в ГОСТ 21153.3-85.

В природных условиях растяжение грунта чаще всего вызывает гравитация. Поэтому показатель важно определять для предотвращения оползней, при планировке строительства на склонах, для укрепления берегов, при создании креплений в подземных выработках. Подробно об этом вы можете прочитать в статье Прочность грунта на растяжение.

Сопротивление сдвигу

Сопротивление сдвигу определяется по соотношению вертикальных и горизонтальных (касательных) нагрузок. Показатель зависит от силы трения и сцепления между частицами грунта. Он высокий у скальных и связных грунтов. В дисперсных несвязных показатель зависит от формы и текстуры частиц. Метод определения характеристики описан в ГОСТ 12248-2010.

Прочность на сдвиг важно определять при строительстве объектов, которые будут подвергаться динамическим касательным нагрузкам (трасс, железных дорог, взлетных полос). Его также учитывают при закладке фундаментов. Детальнее о нем вы можете прочитать в статье Прочность грунта на сдвиг.

Прочность при каждом из этих испытаний может отличаться.

Практическое значение показателя прочности

Определение прочности грунта – это обязательный этап геологических изысканий перед началом строительных работ. От этого свойства зависит несущая способность грунта, устойчивость к статическим и динамическим нагрузкам.

Определяют прочность в таких ситуациях:

• Перед возведением любых зданий и сооружений
  Здания оказывают сильное давление на основание. Поэтому от прочности грунта зависит план сооружений, их размеры и высота. Если неправильно определить прочность, массив под весом сооружений повредится. Это повлечет за собой перекосы, появление трещин на стенах и фундаменте и даже полное разрушение здания.
• При строительстве дорог любого класса
  В этом случае важно определить прочность на сдвиг, растяжение и сжатие. На грунт в основании оказывают давление дорожная одежда (статическая вертикальная нагрузка) и проезжающие автомобили (динамическая горизонтальная нагрузка). Если прочность грунта будет слабой, дорожное полотно быстро деформируется, на нем появятся ямы.
• При строительстве насыпей
  При возведении грунтовых насыпей важно учитывать прочность на сдвиг и растяжение. От этого будет зависеть угол наклона и высота. Неправильные расчеты приведут к просадке насыпей и оползням.
• При разработке карьеров и подземных выработок
  Чтобы правильно рассчитать угол наклона стенок карьера, продумать укрепление стен и сводов, важно определить прочность на сдвиг и растяжение. При планировке креплений важно узнать прочность на сжатие грунта, на котором будут стоять опоры.
  Разработка карьеров и подземных выработок без изучений прочностных характеристик грунта приведет к обвалам. Особенно опасны они в закрытых пространствах.
• При строительстве плотин
  На плотины воздействуют горизонтальные потоки воды. Поэтому грунт под ними должен быть устойчивым к сдвигу и растяжению. Кроме того, вода является универсальным растворителем, поэтому не лишним будет узнать химическую прочность грунта (особенно содержание в нем растворимых солей). Низкая механическая и химическая прочность грунта приведет к разрушению плотин.
• При укреплении берегов и склонов
  Разрушение берегов и оползни на склонах возникают там, где прочность грунта на сдвиг и растяжение слабая. Определение этих показателей позволяет правильно разработать стратегии по укреплению объектов.
• Для предотвращения ветровой и водной эрозии
  Грунты часто подвергаются разным видам эрозий. Особенно подвержены им материалы с низкой прочностью на сдвиг и растяжение.

Характеристики прочности – одни из самых важных для строительного грунта. Они позволяют правильно спроектировать здания, дороги и другие конструкции. Определить показатели можно только в лаборатории. Поэтому перед началом строительства лучше обратиться к специалистам.

• Прочность грунта на растяжение (одноосное растяжение)
• Прочность грунта на сжатие (одноосное сжатие)
• Сопротивление грунтов сдвигу (прочность на сдвиг)

Прочность на сдвиг Характеристики глин

Статью разделяет:

РЕКЛАМА:

Характеристики прочности при сдвиге глин в неконсолидированных недренированных условиях обсуждаются ниже для нормально консолидированных глин и предварительно консолидированных глин.

1. Нормально сцементированные глины:

После завершения консолидации под давлением в ячейке внутри образца отсутствует избыточное поровое давление воды. Однако, когда образец подвергается последующему увеличению осевого напряжения в недренированных условиях, происходит увеличение избыточного порового давления воды (u). Таким образом, действующие напряжения σ’ ₁ и σ ₃ ‘ при разрушении будут меньше соответствующих суммарных напряжений σ ₁ и σ ₃ на величину u. Но разность σ ₁ – σ ₃ будет равна σ’ ₁ – σ ₃ ‘ и, следовательно, диаметры кругов Мора по полному напряжению такие же, как диаметры по эффективному напряжению . Круги эффективных напряжений сдвинуты влево относительно кругов соответствующих полных напряжений на расстояние u, как показано на рис. 13.31.

Из рис. 13.31 также видно, что эффективный угол сопротивления сдвигу ɸ’ (или ɸ _у.е. ’) больше видимого угла ɸ (или ɸ _у.е. ). Кроме того, видно, что разрыв сцепления для нормально сцементированных глин равен нулю как по полному, так и по эффективному напряжению.

2. Предварительно консолидированные глины:

Поведение предварительно уплотненных образцов глины в трехосном испытании CU показано на рис. 13.32. Огибающая разрушения при полном напряжении обычно криволинейна на начальном участке и до давления предварительного уплотнения, после чего она представляет собой прямую линию. Оболочка отказа также имеет пересечение сцепления, как показано на рис. 13.32. Давление поровой воды, развивающееся при сдвиге, будет отрицательным до давления в ячейке, равного σ _стр .

Таким образом, круг Мора эффективных напряжений смещен вправо круга Мора полных напряжений. Истинное сцепление с’ меньше кажущегося сцепления с _u . Прочность на сдвиг предварительно консолидированного грунта до давления в ячейке σ _p определяется выражением –

τ = c’ + σ’ tan ɸ’ …(13.42)

ОБЪЯВЛЕНИЯ:

При давлении в ячейке более σ _p поведение предварительно уплотненной глины будет таким же, как у нормально уплотненной глины.

На рисунках 13.31 и 13.33 показано изменение Δσ (т. е. σ ₁ – σ ₃ ) и u _d при осевой деформации соответственно. Изменение параметра порового давления, A, определяемое уравнением (13.58) с коэффициентом переуплотнения (OCR) также показан на рис. 13.45. Значение A при разрушении (A _f ) является положительным для нормально уплотненных глин и становится отрицательным для переуплотненных глин. Таким образом, значение A _f зависит от OCR, который определяется в трехосных условиях как –

, где σ _3max — максимальное давление в ячейке, при котором образец грунта консолидируется, а σ _3R — давление в ячейке, при котором образец грунта может восстановиться.

3. Использование сводной недренированной прочности в инженерной практике :

Результаты испытания CU обычно используются при оценке прочности грунта в ситуациях, когда грунт затвердел под давлением фундамента или под действием собственного веса с последующим быстрым увеличением нагрузок, вызывающим быстрое изменение критических напряжений без изменения содержания воды. Примерами таких случаев являются расчеты устойчивости уплотненных земляных дамб, откосов или других земляных сооружений из связных грунтов при быстрой просадке. Другие примеры включают анализ устойчивости фундаментов под сцементированными глинистыми грунтами для элеваторов при быстрой загрузке или разгрузке.

4. Неконсолидированное-недренированное тестовое поведение:

Типичные результаты UU-испытания на насыщенных связных грунтах показаны на рис. 13.34 для нормально сцементированной глины. Из этого рисунка видно, что увеличение давления в ячейке приводит только к одинаковому увеличению порового давления воды, поскольку дренаж не допускается, а последующее увеличение общего главного главного напряжения также приводит к такому же изменению порового давления воды.

Таким образом, все круги полных напряжений и единственный соответствующий круг эффективных напряжений будут иметь одинаковый диаметр. Никакая эффективная область разрушения не может быть установлена ​​из этого теста, потому что существует только один эффективный круг напряжений. Огибающая полных напряжений по суммарным напряжениям горизонтальна, т. е. –

ОБЪЯВЛЕНИЯ:

ɸ _U = 0 и τ = c _u = σ ₁ – σ ₃ /2

На рисунках 13.35 и 13.36 показаны области разрушения для частично насыщенной глины на основе кругов общего напряжения и эффективных напряжений соответственно. В таблице 13.6 приведены типичные значения прочности на сдвиг в недренированном состоянии для глин. В однородных нормально сцементированных глинах прочность на сдвиг в недренированном состоянии увеличивается примерно линейно с глубиной. То есть отношение недренированной прочности, c _u , к эффективному пластовому давлению примерно постоянно. Скемптон дал уравнение между отношением (c _u /σ ₀ ) и индексом пластичности (I _p ), то есть –

C _u /σ ₀ = 0,11 + 0,0037I _p (для I _p > 10%) …(13,44)

5. Использование неконсолидированной недренированной прочности на сдвиг в инженерной практике:

Результаты UU прочности глин могут быть применены в полевых задачах, где критические напряжения в насыщенной почвенной массе развиваются слишком быстро, чтобы допустить какое-либо значительное изменение содержания влаги. Типичными примерами в насыщенных глинах являются начальная несущая способность оснований или оснований насыпи, начальная устойчивость откосов или выемок и начальная устойчивость закрепленной выемки.

Главная ›› Обработка грунтов ›› Глины ›› Прочность на сдвиг ›› Характеристики прочности на сдвиг глин

Испытание на прямой сдвиг: Аппаратура и методика | Прочность на сдвиг | Инженерия грунта

Разрушение грунта при сдвиге: 3 режима | Инженерия грунта

Основы механики грунтов

Основы механики грунтов

• Анализ напряжения и деформации
• Прочность
• Жесткость
• Поведение материала

Нагрузки от фундаментов и стен создают напряжения в грунте.
Осадки вызваны деформациями грунта. Для анализа условий внутри материала
под нагрузкой мы должны учитывать поведение напряжение-деформация . Отношения между
напряжение и
стресс называется жесткость .
Максимальное значение напряжения, которое может быть выдержано, называется прочностью .

• Особые напряженно-деформированные состояния
• Конструкция круга Мора
• Параметры напряжения и деформации

Напряжения и деформации возникают во всех направлениях и для проведения анализа осадки и устойчивости
часто необходимо связать напряжения в определенном направлении с напряжениями в других направлениях.

Обратите внимание, что сжимающие напряжения и деформации положительны,
касательное напряжение и деформация против часовой стрелки положительны,
и что это тотальные стрессы
(см. эффективное напряжение).

Особые напряжения и деформации	Анализ напряжений и деформаций
В общем, напряжения и деформации в трех измерениях будут разными. Есть три особых случая, которые важны в землеустройстве:	Общий кейс	главные напряжения
Осесимметричное или трехосное состояние Напряжения и деформации в двух направлениях равны. с’ х = с’ у и е х = е у Относится к условиям вблизи относительно небольших фундаментов, свай, анкеров и других сосредоточенных нагрузок.
Плоская деформация: Деформация в одном направлении = 0 е у = 0 Относится к условиям вблизи длинных фундаментов, насыпей, подпорных стен и других длинных конструкций.
Одномерное сжатие: Деформация в двух направлениях = 0 е х = е у = 0 Относится к условиям под широким фундаментом или относительно тонкие сжимаемые слои грунта.
Одноосное сжатие с’ х = с’ у = 0 Это искусственный случай, который возможен только для грунта с отрицательным поровым давлением воды.

В обычных испытаниях грунтов используются цилиндрические образцы, в которых осевые и радиальные напряжения и деформации
главные напряжения и деформации. Для анализа данных испытаний и разработки теорий механики грунтов
обычно их объединяют в средние (или нормальные) компоненты, влияющие на изменение объема,
и компоненты девиатора (или сдвига), которые влияют на изменение формы.

В построении круга Мора t’ — радиус
круг и s’ определяет его центр.

Примечание: Суммарные и действующие напряжения
связаны с поровым давлением u:

р’ = р — у

с’ = с — и

д’ = д

т’ = т

• Типы отказа
• Критерии прочности
• Типовые значения прочности на сдвиг

Сопротивление сдвигу материала проще всего описать как максимальное напряжение сдвига, которое он может выдержать: когда напряжение сдвига t увеличивается, увеличивается деформация сдвига g; будет предельное состояние, при котором деформация сдвига становится очень большой и материал разрушается; тогда напряжение сдвига t _f представляет собой сопротивление материала сдвигу. Показанный здесь простой тип отказа связан с пластичными или пластичными материалами. Если материал хрупкий (например, кусок мела), разрушение может быть внезапным и катастрофическим с потерей прочности после разрушения.

Материалы могут разрушаться при различных условиях нагрузки. Однако в каждом случае
разрушение связано с предельным радиусом круга Мора, т.е. с максимальным напряжением сдвига.
Следующие распространенные примеры показаны в терминах полных напряжений:

Стрижка

Прочность на сдвиг = t _f
s _nf = нормальное напряжение при разрушении

Одноосное удлинение

Прочность на растяжение s _тс = 2т _f

Одноосное сжатие

Прочность на сжатие s _cf = 2t _f

Примечание:

Вода не имеет силы t _f = 0.

Следовательно, вертикальные и горизонтальные напряжения равны, и круг Мора становится точкой.

Критерий прочности – это формула, связывающая прочность материала с некоторыми другими параметрами:
это параметры материала и могут включать другие напряжения.

Для грунтов есть три важных критерия прочности: правильный критерий зависит от
характер почвы и от того, является ли загрузка дренированной или недренированной.

В целом, грубозернистые почвы
будет очень быстро (с инженерной точки зрения) «истощаться» после загрузки.
Поэтому развития избыточного порового давления не произойдет; изменение громкости
связанный с приращениями 90 608, эффективный 90 609 стресс будет контролировать
поведение и критерии Мора-Кулона будут справедливы.

Мелкозернистые насыщенные почвы
первоначально реагируют на нагрузку, создавая избыточное поровое давление воды и
осталось постоянный объем . На этом этапе критерии Трески, которые
использует общий стресс для представления неистощенного поведения. Это
краткосрочная или немедленная реакция на нагрузку. Как только поровое давление спадет,
через некоторое время действующие напряжения возрастают и
Критерий Мора-Кулона будет описывать мобилизованную силу. Это
длительная реакция на нагрузку.

• Критерий Треска
• Критерий Мора-Кулона (c=0)
• Критерий Мора-Кулона (c>0)

Прочность
не зависит от нормального напряжения, так как реакция на нагрузку простая
увеличивает поровое давление воды, а не эффективное напряжение.

Прочность на сдвиг

t _f является
параметр материала, который известен как недренированная прочность на сдвиг
с _и .

т _ж =
(s _a — s _r ) = константа

Прочность увеличивается линейно с увеличением нормального напряжения и равна нулю, когда нормальное напряжение равно нулю.
t’ _f = s’ _n tanf’
f’ угол трения

В критерии Мора-Кулона параметром материала является угол трения f, и материалы, соответствующие этому критерию, называются фрикционными. В грунтах критерий Мора-Кулона применяется, когда нормальное напряжение является эффективным нормальным напряжением.

Прочность увеличивается линейно с увеличением нормального напряжения и положительна, когда нормальное напряжение равно нулю.
t’ _f = c’ + s’ _n tanf’
f’ угол трения
c’ — точка пересечения «связности»

В грунтах критерий Мора-Кулона применяется, когда нормальное напряжение является эффективным нормальным напряжением. В грунтах сцепление по критерию эффективного напряжения Мора-Кулона отличается от сцепления (или прочности в недренированном состоянии s _u ) по критерию Треска.

Часто значение c’
выведено из результатов лабораторных испытаний (в аппарате для испытаний на сдвиг)
может показаться, что это указывает на некоторую прочность на осколки при s’ = 0.