13.Эффективные и нейтральные давления в грунтовой массе.

Грунты, состоящие из отложений частиц разрушенных горных пород и содержащие в порах воду и воздух, образуют трехфазную систему, в которой сочетаются три вида вещества - твердого, жидкого и газообразного. Если поры заняты только водой и коэффициент влажности W=l, то грунт будет представлять двухфазную систему.

Свободная вода, заполняющая поры грунта, которые представляют собой как бы систему сообщающихся сосудиков, подчиняется законам гидростатики. Здесь каждая частица грунта и воды подвергается всестороннему сжатию, определяемому глубиной их положения ниже горизонта грунтовых вод. Гидростатическое давление в водонасыщенном грунте называют нейтральным, или поровым. Оно не вызывает деформаций грунта, так как происходящее в условиях этого давления объемное сжатие воды и твердых грунтовых частиц чрезвычайно мало, и им пренебрегают.

Частицы грунтового скелета передают внешнюю нагрузку от фундамента и собственного веса нижележащим частицам. Это давление, которое определяют с учетом взвешивающего действия грунтовых вод на частицы и фундамент, распространяется вниз и в стороны по грунтовому скелету его называют эффективным, или межчастичным. Оно вызывает деформации частиц и сложенного из них грунтового скелета, а следовательно, и общую осадку грунтовой толщи.

Сумму этих двух давлений называют полным. Для определения нагрузки от собственного веса грунтового скелета, необходимо знать объемный вес этого скелета; он будет равен весу частиц, содержащихся единице объема грунта, за вычетом веса вытесненной ими воды. Действие взвешивающего давления воды на сооружение учитывают при наиболее низком уровне ее стояния, так как нагрузка на основание здесь будет наибольшей. Однако для сооружений, подверженных действию горизонтальных сил, важно произвести поверочные расчеты их устойчивости на сдвиг и при наиболее высоком положении горизонта воды. В этом случае сопротивление сил трения грунта сдвигу сооружения, зависящее от величины нормального давления на основание, будет меньше, чем при каком-либо другом, более низком положении уровня воды.

14.Водопроницаемость грунтов. Закон ламинарной фильтрации.

vф= kф· i;

где kф - коэффициент фильтрации, равный скорости фильтрации при градиенте i = 1 [см/сек, см/год]. Коэффициент фильтрации зависит от типа грунта и определяется экспериментально.

Зависимость скорости фильтрации от гидравлического градиента i. Для водопроницаемых грунтов (пески, галечники) зависимость прямая

Рис. Зависимость скорости фильтрации от гидравлического градиента

Фильтрация воды в глинистых грунтах начинается при достижении некоторой начальной величины градиента i, преодолевающей внутреннее сопротивление движению, оказываемое водно-коллоидными пленками. На рисунке (илл.6) изображены экспериментально найденные зависимости скорости фильтрации vф от гидравлического градиента i. Здесь i0 - начальныйгидравлический градиент

В результате закон ламинарной фильтрации для связных грунтов будет иметь вид:vф= kф· (i – i0).

Фильтрацией называется пере-движение гравитационной воды (свободной и капиллярной) через пористую среду – грунт – под влияниием разности напоров. В грунте при этом возникают фильтра-ционные напряжения.

Общее сопротивление сдвигу связного грунта можно выразить уравнением:

τ = σ · tgφ + c

Таким образом, сопротивление связного грунта сдвигу складывается из сопротивления трения, пропорционального нормальному давлению, плюс сцепление, не зависящее от давления.

Для сыпучих грунтов (различного рода пески, крупнообломочные грунты, галечники). Зависимость σ – τ принимается прямой, проходящей через начало координат и наклонной к оси нормальных напряженийσ под углом внутреннего трения φ

τ = σ · tgφ

Указанная зависимость – условие прочности грунта (закон Кулона) для сыпучих тел: сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление трения, прямо пропорциональное нормальному давлению.