Механические свойства грунтов

Деформируемость – способность грунтов изменять свою форму и объем под нагрузкой за счет изменения объема пор, т.е. при снижении пористости и коэффициента пористости.

У скального грунта под нагрузкой изменяются межатомные расстояния в кристаллической решетке. Поэтому при снятии нагрузки форма восстанавливается. Деформация определяется модулем упругости:

Е_упр = ,где

– напряжение нагрузки, кПа; – относительная деформация, отношение ∆h – изменение высоты образца к первоначальной его высоте h, т.е.

.

У дисперсных грунтов деформативные характеристики определяют уплотнением образца грунта в приборе – одометр, куда закладывается образец грунта с природными характеристиками, вырезанный кольцом. На его поверхность через штамп прикладывается нагрузка ступенями: Р₁,Р₂, Р₃. Отношение нагрузки Р к площади штампа А дает напряжение , т.е. - кПа.

При этом индикатором часового типа с точностью до 0,01мм измеряется стабилизированная осадка при каждом нагружении: ; ; .

Вычисляется относительная деформация грунта:

; ; .

Через полученные относительные деформации вычисляют изменение коэффициента пористости:

; ∆e₂ и ∆e₃ соответственно.

Зная напряжения и измененные коэффициенты пористости, вычисляют деформативную характеристику – коэффициент уплотнения (сжимаемости), например, в пределах нагрузок и .

m_o =

Определяют относительный коэффициент уплотнения:

m_ν = и модуль деформации:

E₀ =

Модуль деформации – коэффициент пропорциональности между нагрузкой и деформацией.

- коэффициент, учитывающий невозможность бокового расширения грунта в одометре, который зависит от разновидности грунта:

Для песка и супеси = 0,74;

Для суглинка = 0,62;

Для глины = 0,40.

Е_о – модуль деформации. Определяет величину осадки здания или сооружения, которая нормирована.

Сжимаемость грунтов характеризует их способность деформироваться под влиянием внешней нагрузки, например, давления от возведенных сооружений, не подвергаясь разрушению. Деформационные свойства грунтов характеризуются модулем общей деформации, коэффициентом Пуассона, коэффициентами сжимаемости и консолидации, модулями сдвига и объемного сжатия. Деформационные свойства дисперсных грунтов определяются их сжимаемостью под нагрузкой, обусловленной смещением минеральных частиц.

При нагрузке на грунт возникают деформации, протекающие во времени.

К числу факторов, определяющих способность грунтов деформироваться, относится и морфология их частиц, формирующих в некоторой степени размер и форму порового пространства, их фильтрационную способность. Угловатые частицы с шероховатой поверхностью по сравнению с окатанными полированными обладают не только повышенной способностью адсорбировать на себе водные пленки, но и пленки вторичных образований различного кинетического состава, тем самым способствуя развитию структурных связей различного характера.

Установлено также, что на формирование и размер водных пленок и развитие структурных связей влияет и состав обменных катионов в поровом пространстве грунтов. Естественно, это в определенной степени сказывается и на деформационных свойствах грунтов.