Содержание
Сжимаемость грунтов
Все грунты в той или иной степени способны сжиматься. Эту их черту называют сжимаемостью. Под этим понятием подразумевают способность грунтов уменьшаться в объеме или оседать впоследствии определенного внешнего давления. На степень этой сжимаемости в большой мере влияет структура грунта.
Если говорить о песчаных грунтах, то их сжимаемость незначительна. На этот процесс сильно влияют гранулометрический и минералогический состав песка и плотность его сложения. Песок – это набор отдельных песчинок и при сжатии они взаимно перемещаются, а если давление чуть больше, то раздробляются. Поэтому сжимаемость таких грунтов происходит быстро и не зависит от влажности.
Что касается глинистых грунтов, то на процесс их сжатия влияют минералогический состав глины, степень ее дисперсности, пористости и состава обменных катионов. Также важны состояние породы и условия, при которых происходит сжатие. Гидрофильные монтмориллонитовые глины имеют большую сжимаемость, чем каолинитовые.
На сжатие глинистых пород влияет дисперсность и чем выше она, тем сжимаемость больше. Насыщенность глины Na делает ее более сжимаемой, чем глины с содержанием Са. Пористость глины влияет на величину ее сжатия.
На процесс сжатия также имеют влияние гидратные оболочки, расположенные вокруг минеральных частиц. Они берут на себя часть нагрузки и при сжатии деформируются. Частицы в процессе взаимодействия притягиваются друг к другу с помощью молекулярных сил или так званых сил Ван-дер-Ваальса.
Способность к сжимаемости одного и того же вида глины может быть разной, поскольку здесь играет роль степень нарушенности структуры. Если провести опыт на двух образцах с одинаковой начальной пористостью и влажностью и равным составом воды, то те, у кого структура нарушена, будут поддаваться сжатию больше.
На сжимаемость грунтов влияют также размеры ступеней нагрузки и скорость ее нарастания. Увеличение этих данных приводит к увеличению сжатия глинистых пород.
Геологические изыскания содействуют более быстрым нарастаниям нагрузок, чем природные условия.
Например, при строительстве полученные показатели сжимаемости немного завышены, и как результат осадок сооружения получается меньше, чем было рассчитано по компрессионным испытаниям.
На скорость сжатия таких видов грунтов сильно влияет уровень влажности грунта, а также мощность сжимаемого слоя.
Если образец грунта будет полностью насыщен водой, то скорость его сжатия до определенной степени будет определяться водопроницаемостью грунта. Если коэффициент фильтрации незначительный, а мощность слоя, который сжимается, будет больше, то процесс сжимаемости может происходить на притяжении многих лет. Процесс сжатия длится до той степени, пока не наступит состояние гидростатического равновесия. Это состояние, при котором из грунта отжимается часть воды, которая оказывает сопротивление на сжатие, и тогда внешнюю нагрузку на себя берет скелет грунта.
Состояние глинистого грунта, при котором в его порах, кроме наличия воды, есть еще и воздух, называют трехфазным. При этом состоянии воздух способен выходить из грунта свободно, что приводит к ускорению процесса сжатия независимо от водопроницаемости.
В таком случае происходит деформация гидратных оболочек, а влажность самой породы при первом периоде опыта остается прежней.
Графическую схему зависимости пористости грунта или его влажности от давления изображает компрессионная кривая.
Понятия компрессии и сжимаемости немного отличаются друг от друга. В процессе компрессии исключается возможность расширения грунта в боковые стороны, в то время как при сжатии грунтов жесткая обойма, которая сохраняет поперечное сечение образцов, отсутствует. При этом боковая поверхность грунта поддается либо одноосному сжатию, при котором она не поддается нагрузке, либо трехосному сжатию, при котором она также переносит давление.
Явление, обратное понятию компрессии, называют декомпрессией или набуханием. Пример этого явления можно увидеть при разгрузке грунта, который был первоначально нагруженным. Разгружая грунт, его объем и пористость постепенно увеличиваются, но часто не возвращаются к своим первоначальным размерам.
Если грунт увеличился в объеме, а нагрузка при этом не была снята, то имели место так называемые упругие деформации.
А если размеры начального объема грунта и объема после декомпрессии отличаются, то происходят остаточные деформации. Эти деформации вызваны перемещением частичек в грунте, которое приводит к нарушению связи между этими частицами. Упругие деформации пород связываются с деформациями водно-коллоидных и кристаллизационных связей, которые происходят между частицами, а в случае если порода насыщена водой лишь частично, то они связаны с упругими деформациями пузырьков в газах, которые находятся в поровом растворе.
Если боковое расширение грунта невозможно, то степень его сжатия определяется коэффициентом компрессии или коэффициентом уплотнения.
Для проведения экспериментов с грунтами в целях изучения их сжимаемости используют следующие приборы, которые для удобства определили в две группы: одометры и стабилометры. К первой группе относятся приборы, имеющие жесткие металлические стенки, которые не допускают боковое расширение исследуемого образца грунта при вертикальном сжатии нагрузкой.
Стабилометры – это приборы, которые имеют боковую гидростатическую или же аэростатическую систему обжатия образца, которая заменяет жесткие стенки приборов первой группы.
Типы грунта и расчет фундамента для дома
Русская построечка » Полезные статьи » Грунт – истинное основание дома. Типы грунта и расчет фундамента
Вам кажется, что речь пойдёт о фундаменте? Действительно, толкование слова «основание» подразумевает опорную часть чего-либо. То есть то, на что опираются. Но сегодня мы будем говорить об источнике: на чём строится дом, — грунт, принимающий нагрузку всего сооружения.
Почему возникла такая необходимость? Потому что характеристика грунта во многом определяет конструкцию фундамента. Если фундаменты устанавливаются на природных грунтах, то такое основание считается естественным. Безусловно, грунт для будущего здания должен быть очень прочным. Мы рассмотрим типы грунтов, которые применяются в качестве основания для строительства брусовых домов.
Типы грунтов
Скальные грунты. Эти типы наиболее надёжны. Они не поддаются проседанию, размыванию и вспучиванию. Такие грунты залегают сплошным массивом. На них фундамент не заглубляют.
Крупнообломочные грунты. В состав таких грунтов входит более 50% крупного песка. Их два вида: галечниковый (щебенистый) — частицы 12 мм; гравийный (дрясвеный) — частицы 3 мм. Это не сжимаемые грунты. Заглубления более 0,5 м не требуется.
Песчаные грунты. При высыхании такие грунты сыпучие, а при увлажнении не пластичны. По массе, частиц 2 мм, содержится более 50%. Они подразделяются на плотные, средние и рыхлые. Эти показатели нужно учитывать при расчёте несущей способности грунта. Под нагрузкой песчаные грунты уплотняются. Но это тоже зависит от размера частиц, входящих в состав грунта. Средне крупные пески деформации подвергаются не значительно и на увлажнение реагируют слабо. Мелкие, увлажняясь, не способны выдерживать нагрузки.
Суглинки и супесь.
Такие грунты составляют промежуток между песчаными и глинистыми. Если содержание глины от 30% — это суглинки, если до 30% — это супесь.
Лёссы и лёссовидные грунты имеют весьма прочные структурные связи, но при намокании связи разрушаются и грунт может значительно просесть.
Торф состоит из смеси глинистых и песчаных грунтов с большим количеством растительных остатков. Такой грунт очень подвержен сжатию. Из-за высокого содержания растительных остатков, в нём развивается агрессивная бактериальная среда, которая со временем разрушит фундамент.
Простые методы самостоятельного определения грунтов
Можно проверить растиранием между ладоней. Если скатывается в шнур, не растрескивается, сгибается — это глина.
При увлажнении пластичность слабая; просматриваются частички песка; при скатывании шнура не образуется; сдавливается в лепёшку — это суглинок.
Пластичность очень низкая; от удара рассыпается, в шнур скатать не возможно — это супесь.
Очень похожа на крупную пыль; песчинки не просматриваются — это пылеватый песок.
Можно различить зёрна с пшено — это мелкий песок.
Больше половины зёрен размером от 10 мм; края зёрен округлые — это гравий.
Зёрна размером 10-12 мм, края острые — это дресва.
Более 50% зёрен превышают размер 25 мм, имеют округлую форму — это галька.
Зёрна размером 35 мм, острой формы, — это щебень.
К не связным грунтам относят пески, гравий и галечник. На таких грунтах применяют насыпь.
Расчёт глубины заложения фундаментов
Условия глубины заложения фундаментов зависят от:
- типа конструкции и его особенностей
- величины и характера нагрузки, действующих на фундамент
- геологических и гидрологических условий грунта, на котором размещается здание
- возможности вспучивания при промерзании и усадки при намокании
На всех грунтах глубину заложения фундамента рекомендуют 0,5 м. Это же относится к конструкциям, подразумевающим наличие подвалов.
Глубину можно расчитать по формуле: Hп = (h2+h3) (Vп+Vб)/ Vгр
Пример расчёта
Hп = (15+20) (1,7+2,3)/ 1,64 = 85 см.
где h2 — высота отсыпки под пол 15 см из песка объёмом Vп =1,7 т/м3;
h3 — бетонный пол 20 см, объём бетонаVб = 2,3 т/м3.
Объём супеси Vгр = 1,64 т/м3.
Нужно учитывать, что супеси и мелкие пески промерзают на 20%.
Расчёт глубины промерзания
H = mt * Hн
де mt – коэффициент теплового режима здания, влияющий на промерзание грунта у наружных стен; Hн — нормативная глубина промерзания.
При условии регулярного отопления здания, если температура воздуха в зданиине не ниже 10 градусов, коэффициент mt составит:
— грунт — 0,6
— лаги у грунта — 0,7
— балки — 0,8
Все здания с неотапливаемым подполом будут иметь коэффициент равный 1.
При теплозащите, глубина промерзания определяется специальным расчётом. Необходима консультация специалиста.
Идеальными будут условия, при глубине промерзания выше грунтовых вод.
Большие осложнения возникают при промерзании грунта значительно ниже грунтовых вод и не одинаковой равномерности грунта по строению.
Тогда вспучивание при промерзании будет неодинаковым, изменится подъём фундамента и произойдёт его перекос. Появятся трещины во всём фундаменте и в стенах сооружения.
Понятно, что задуматься о том, где, какой и как заложить фундамент, необходимо, пока вы просто обозреваете просторы своего участка и стоите на твёрдой земле.
Наша компания осуществялет строительство фундаментов для домов и бань быстро и качественно.
Все работы производятся опытными мастерами в соответствии в ГОСТ и СНиП.
Все фундаменты
Свайно-винтовой фундамент. Цена: 4000 руб за сваю
Читать подробнее о свайно-винтовом фундаменте.
Ленточный фундамент. Цена: 18 500 руб/м3
Читать подробнее о ленточном фундаменте.
Монолитная плита. Цена: 19 000 руб/м3
Читать подробнее о монолитном фундаменте.
Опорно-столбчатый фундамент. Цена: 1 000 руб за опору
Читать подробнее об опорно-столбчатом фундаменте.
Фундамент на забивных железобетонных сваях.
Цена: от 5 000 руб за сваю
Читать подробнее о железобетонных забивных сваях.
Как измерить сжимаемость грунтов?
РЕКЛАМА:
В теории сжатия предполагается, что сжатие грунта происходит за счет уменьшения объема пустот, при этом объем твердых частиц остается постоянным на протяжении всего процесса. Кроме того, чем выше эффективное напряжение в грунтах, тем выше результирующее сжатие. Следовательно, сжимаемость грунтов выражается в виде графика между коэффициентом пустотности по оси у и эффективным напряжением по оси абсцисс. Коэффициент пустот используется для представления сжатия, потому что это отношение объема пустот к объему твердых тел, причем первое отражает сжатие, а второе является постоянным при сжатии грунта.
Строительство любого сооружения происходит поэтапно, вызывая напряжения в грунтах также постепенно. Чтобы представить эти полевые условия, проводится лабораторное испытание на консолидацию путем постепенного приложения нагрузки к ненарушенному образцу грунта, что дает достаточно времени для полного уплотнения при каждом увеличении нагрузки.
Типичное лабораторное испытание на консолидацию состоит из нагружения образца ненарушенного грунта заданным приращением напряжения и регистрации вертикального сжатия образца с помощью циферблатного индикатора через регулярные промежутки времени в течение достаточного времени. Следующее приращение напряжения применяется только после завершения сжатия грунта под действием предыдущего приращения напряжения, и процесс повторяется.
РЕКЛАМА:
Существуют в основном следующие два типа результатов, которые получаются в ходе лабораторных испытаний на консолидацию:
я. Сжатие грунта как функция приращения эффективного напряжения, выраженная как отношение между конечным коэффициентом пустотности (также известным как равновесный коэффициент пустотности) по оси y и эффективным напряжением по оси x, как показано на рис. 11.3, что больше обычно представляют в виде кривой e-logσ ‘, как показано на рис. 11.5.
ii. Сжатие грунта как функция времени при заданном приращении напряжения, выраженное как сжатие (ΔH) или показания циферблатного индикатора (R) по оси y в зависимости от времени по оси x.
1. Соотношение давления в пустоте :
РЕКЛАМА:
На рис. 11.3 показано типичное соотношение пористости и давления, полученное в результате лабораторных испытаний на консолидацию, когда и коэффициент пустотности, и давление нанесены на арифметическую шкалу. Из этой кривой получаются следующие два важных члена.
я. Коэффициент сжимаемости :
Коэффициент сжимаемости, a v , представляет собой наклон кривой соотношения паров и давлений, когда обе они нанесены на арифметическую шкалу –
РЕКЛАМА:
a v = – Δe/Δσ’ …(11.7)
Таким образом, коэффициент сжимаемости определяется как отношение изменения коэффициента пустотности к изменению эффективного напряжения. Отрицательный знак используется для обозначения того, что коэффициент пустот уменьшается с увеличением эффективного напряжения.
ii. Коэффициент объемной сжимаемости :
Коэффициент объемной сжимаемости, м v , определяется как отношение изменения объема грунта к изменению действующего напряжения на единицу первоначального объема –
РЕКЛАМА:
м v = ΔV/V 1 × 1/Δσ’ …(11,8)
На рис.
11.4 показана трехфазная диаграмма почвы. Здесь V s – объем твердого вещества почвы, а V v объем пустот. Объем воздуха V a = 0, так как теория уплотнения применима только для полностью водонасыщенных грунтов.
Коэффициент пустоты –
РЕКЛАМА:
e = V v /V с
Учитывая единицу объема твердого вещества грунта, то есть V s = 1, пористость e = V v , начальный объем грунта равен –
V 1 = V a + V v = 1 + e 1
Сейчас –
ΔV/V 1 = Δe/(1 + e 1 )
При постоянной нагрузке площади А имеем –
ΔV/V 1 = (V 1 /V 2 )/V 1
где V f — конечный объем грунта после заданного приращения напряжения Δσ ’:
Объединив два приведенных выше уравнения, мы получим –
2.
Индекс сжатия :
На рис. 11.5 показано более часто используемое соотношение пористости и давления, где эффективное напряжение представлено в логарифмическом масштабе, поскольку наблюдается линейная зависимость e-logσ’ для типичных нормально консолидированных глин.
Индекс сжатия представляет собой наклон графика e-logσ’ и определяется как отношение изменения коэффициента пустот к соответствующему изменению эффективного напряжения. Задается математическим соотношением –
, где e 1 — доля пустот при эффективном напряжении σ 1 ‘и e 2 — доля пустот при эффективном напряжении σ 2 ’. Отрицательный знак используется, чтобы указать, что коэффициент пустотности уменьшается с увеличением эффективного напряжения, и чтобы сделать индекс сжатия положительным –
, где Δe — уменьшение доли пустот при увеличении эффективного напряжения от σ 1 ‘до σ 2 ‘.
Индекс сжатия обычно определяется по кривой e-logσ’, полученной в результате лабораторного испытания на консолидацию. При отсутствии данных консолидационных испытаний индекс сжатия можно рассчитать по уравнению Скемптона следующим образом:
Для ненарушенной глины –
С с = 0,009(а) (w L 10) …(11,12)
Для переформованной глины –
С с = 0,007(w L – 10) …(11,13)
, где ω L — предел текучести образца грунта. Свойства a v , m v и C c полезны для определения предельной осадки консолидации грунта при любом заданном приращении эффективного напряжения.
Главная ›› Исследование грунтов ›› Сжатие грунтов ›› Измерение ›› Как проводить ›› Измерение сжимаемости грунтов
Сжимаемость и консолидация грунтов: книга по науке и технике, глава
Полное сжатие грунта под нагрузкой состоит из трех компонентов (т.
е. упругая осадка, осадка первичной консолидации и вторичное сжатие). Компонент консолидации зависит от времени, и его анализ обычно основан на теории Терцаги. В главе рассмотрены характеристики консолидации грунта и их экспериментальное определение. Коэффициент консолидации можно определить с помощью метода подбора логарифма времени Касагранде или метода квадратного корня Тейлора из времени. Обсуждаются понятия предуплотнения и переуплотнения, объясняются способы определения давления предуплотнения, индекса сжатия, индекса предуплотнения и коэффициента объемной сжимаемости. Предложены способы расчета осадки с использованием коэффициента объемной сжимаемости и методов e-log как для нормально консолидированных, так и для переуплотненных грунтов. В главе также объясняется, как Шмертманн (1955) графическая методика аппроксимации индекса сжатия поля по лабораторной кривой. Он включает в себя вывод одномерной теории консолидации Терцаги и ее решение с использованием как аналитических, так и графических методов.
Наконец, рассматривается явление и способ вычисления вторичного индекса сжатия.
Верх
8.1 Сжимаемость грунтов
Почва представляет собой многофазную среду, состоящую из минеральных зерен, которые заключают в себе пустоты, которые могут быть заполнены газом, жидкостью или их комбинацией. Когда к образцу почвы прикладывается напряжение, его объем уменьшается. Такое изменение объема может быть вызвано: (а) сжатием твердых частиц почвы, (б) сжатием воды и воздуха в пустотах или (в) выходом воды и воздуха из пустот.
Твердые частицы и поровая вода относительно несжимаемы и поэтому при нагрузках, обычно встречающихся в инженерно-геологических работах, они не будут претерпевать заметных объемных изменений. Поэтому уменьшение объема насыщенной грунтовой массы при увеличении напряжения почти полностью связано с выходом воды из пустот. Некоторое сжатие происходит также в результате смещения положения частиц грунта путем качения и скольжения под действием приложенной нагрузки.
Этот аспект сжимаемости грунтового массива зависит от жесткости скелета грунта. Жесткость, в свою очередь, зависит от структурного расположения почвенных частиц, а в мелкозернистых почвах — от степени сцепления соседних частиц друг с другом.
При сжатии грунта поровая вода уходит. Утечка воды, по Терзаги (1943), происходит в соответствии с законом Дарси. Этот процесс, который включает в себя медленный выход воды из пор, постепенное сжатие и постепенную регулировку давления, называется консолидацией. Когда уплотнение происходит в ненасыщенных грунтах с помощью механических средств, таких как прикатывание или трамбовка, это называется уплотнением, и из пор почвы вытесняется в основном воздух, а не вода.
В песке большая часть консолидации происходит во время строительства, поэтому последствия значительно меньше, чем в мелкозернистом грунте. Однако воздействие на конструкцию фундамента зависит от чувствительности конструкции к небольшим дифференциальным осадкам. Поэтому даже для песков все же может потребоваться оценка осадки некоторых сооружений.
Глина, встречающаяся в природе, обычно подвергается естественному процессу уплотнения, первоначально отлагаясь в воде, а затем постепенно уплотняясь под весом отложившегося над ней материала. Говорят, что грунт полностью или частично консолидирован в зависимости от того, достигнуто ли состояние равновесия при существующем давлении вскрышных пород. Некоторые отложения глины чрезмерно консолидированы, то есть они были сжаты в какой-то момент своей геологической истории наложенными нагрузками, такими как ледяные щиты плейстоценового периода, или консолидировались из-за условий свободного дренирования, как в некоторых ложементах. , капиллярным всасыванием или понижением уровня грунтовых вод. Также возможно, что часть первоначального давления вскрышных пород, вызвавшего консолидацию залежи, будет удалена по причине геологической истории, например, в результате геологической истории. путем эрозии. Это также приведет к чрезмерной консолидации.
Таким образом, общее сжатие грунта под нагрузкой состоит из трех компонентов, т.