- •1) Устойчивость откоса идеально сыпучего грунта
- •2) Устойчивость идеально связного массива грунта.
- •2. Поверхности скольжения. Поверхности скольжения строят на основе теории предельного равновесия
- •Давление сыпучего грунта на вертикальную подпорную стенку при отсутствии трения на задней грани.
- •Тема 15. Виды деформаций грунтов и физические причины, их обуславливающие. Осадки слоя грунта при сплошной нагрузки (основная задача).
- •Определение модуля деформаций (в условиях компрессии)
- •Тема 16. Определение конечных осадок фундаментов по методу послойного суммирования.
- •Тема 17. Метод эквивалентного слоя. Изменение осадок во времени. Теория фильтрационной консолидации грунтов. Реологические процессы в грунтах и их значение.
- •Учет слоистого напластования грунтов (многослойности основания)
Тема 17. Метод эквивалентного слоя. Изменение осадок во времени. Теория фильтрационной консолидации грунтов. Реологические процессы в грунтах и их значение.
Метод эквивалентного слоя. (Н.А. Цытович 1934 год)
b1
b2
P=0,2 МПа
P=0,2 МПа

P=0,2 МПа














P=0,2 МПа




























h p1
h p2




Линии равных вертикальных давлений
При
большей площади загрузки глубина
распределения давлений и объем грунта,
подвергающийся деформации будут больше.
Следовательно, и осадки будут больше.
Нельзя ли определить осадку по формуле
-
осадка при сплошной нагрузке.
Таким образом, необходимо определить точную толщину слоя hэкв–которая отвечала бы осадке фундамента, имеющего заданные размеры.
Эквивалентным слоем грунта называется слой, осадка которого при сплошной нагрузке в точности равна осадке фундамента на мощном массиве грунта (полупространстве).
р
Sполупространст.

h

-
формула Шлейхера – Буссенеска.
Из определения Тогда:
S0 = Snол


;

-
подставляем в исходную формулу:
;
;
hэ=Aωb
S=hэmvp
Метод имеет точное решение при следующих допущениях:
Однородный грунт имеет бесконечное распространение в пределах полупространства.
Деформации в пределах полупространства, пропорциональны напряжениям, то есть полупространство линейно деформируемо.
Деформации полупространства устанавливаются методами теории упругости.
Ограничения: Fфунд. ≤ 50 м2, Н однородн. гр. 3040 м
Учет слоистого напластования грунтов (многослойности основания)
Эквивалентная эпюра
У=в/2
Р

У
Н.А.
Цытович заменяет эти эпюры треугольной
с достаточной точностью для инженерной
практики.
Н
Тогда получим Н, ниже которой грунт практически не сжимается.
Считается, что здесь грунт не сжимается
Как найти Н–?
;
-площадь
треугольной эпюры = осадки
Тогда:

Н
= 2 hэ
Н – мощность активной зоны, в пределах которой практически деформируется грунт под действием уплотняющих давлений.
Определение осадок фундаментов по методу эквивалентного слоя при слоистом напластовании грунтов.

B p (МПа)
(1)
P1
hэ=Aωb
A=f(μ);

Aω- по таблицам
H = 2hэ = 2Аω b
mV1
P2
H=2hэ
mVi Pi
Zi
mVm – среднее значение коэффициент относительной сжимаемости многослойного основания
Из треугольной эквивалентной эпюры можно записать:
;

Тогда осадку одного слоя можно записать:
или
полная осадка
(2)
Приравнивая (1) и (2) получаем:
;




Изменение осадок во времени.
Осадки не заканчиваются за время строительства (исключение составляют лишь чистые пески); как правило, полная осадка для различных грунтов достигается в разное, иногда весьма длительное (от нескольких лет до нескольких десятков и сотен лет) время.
На процесс протекания осадок во времени влияет как водопроницаемость грунтов (в условиях водонасыщения), так и ползучесть скелета грунта, а также деформируемость всех компонентов, составляющих грунты (поровой воды, включений воздуха, паров и газов, органических веществ и т. п.).
Водонасыщенные пластичные и особенно текучепластичные (слабые) глинистые грунты дают наибольшие осадки, часто весьма медленно затухающие, и создают наибольшие затруднения для строителей. Осадки сооружений на этих грунтах могут достигать сотен сантиметров и протекать десятки и сотни лет.
Очень важным показателем является скорость протекания осадок, так как различные строительные конструкции обладают в разной степени способностью перераспределять усилия, возникающие при неравномерных осадках оснований. При больших скоростях осадок могут иметь место хрупкие (аварийные) разрушения конструкций, при меньших — медленные деформации ползучести.
Скорости осадок можно определить, лишь изучив протекание их во времени.
В настоящее время для полностью водонасыщенных грунтов наиболее широко применяется теория, позволяющая решать поставленные задачи, — теория фильтрационной консолидации грунтов.
Теория фильтрационной консолидации грунтов.
Процесс уплотнения грунта во времени, вследствие уменьшения влажности (пористости) при постоянном напряженном состоянии называется процессом консолидации
Предпосылки теории фильтрационной консолидации сводятся к следующему:
1 скелет грунта линейно-деформируемый, деформируется мгновенно после приложения к нему нагрузки и вязкими связями не обладает;
2 структурной прочностью грунт не обладает, давление в первый момент полностью передается на воду;
3 грунт полностью водонасыщен, вода и скелет объемно несжимаемы, вся вода в грунте гидравлически непрерывна;
4 фильтрация подчиняется закону Дарси.
Таким образом, рассматриваемая ниже теория фильтрационной консолидации грунтов (без дополнительных условий) будет применима для неуплотненных, полностью водонасыщенных (слабых) глинистых грунтов.
Отметим, что отдельными учеными в теорию фильтрационной консолидации введен ряд усовершенствований и дополнений, учитывающих свойства природных глинистых грунтов различной консистенции, и установлены пределы применимости отдельных решений.
Дифференциальное уравнение одномерной задачи теории фильтрационной консолидации позволяет сформулировать (при сделанных выше предпосылках) задачу о протекании во времени осадок полностью водонасыщенного слоя грунта при уплотнении его сплошной равномерно распределенной нагрузкой в условиях односторонней фильтрации воды, полагая, что изменение расхода выдавливаемой из пор грунта воды с достаточной точностью определяется законом фильтрации, а соответствующее изменение пористости — законом уплотнения.
Примем, что в начальный момент времени грунтовая масса находится в статическом состоянии, т. е. поровое давление воды равно нулю. Обозначим: pw— поровое давление сверх гидростатического в воде; рz — давление, передающееся на твердые частицы (эффективное).

Рис. 5.5. Схема распределения давлений в скелете грунта (pz) и в поровой воде (pw) в водонасыщенном слое при сплошной нагрузке для разных промежутков времени
![]()
Для элементарного слоя dz на глубине z в грунтовой массе увеличение расхода воды q равно уменьшению пористости грунта n, т. е.

Коэффициентом консолидации грунта cv, т. е.

mν – коэффициент относительной сжимаемости грунта
Окончательно будем иметь
(5.12)
Для случая равномерного (в стабилизированном состоянии) распределения уплотняющих давлений по глубине решение уравнения (5.12) может быть представлено в виде

где
![]()
Наибольшее, однако, значение для практики имеет формула осадки слоя грунта при сплошной нагрузке для любого промежутка времени от начала загружения, т. е. осадка st.
Для определения этой величины введем понятие о степени консолидации (уплотнения).
Если принять степень консолидации, соответствующую полной стабилизированной осадке, за единицу и обозначить долю от полного уплотнения (т. е. степень консолидации для любого времени) через U, то ее значение найдем как отношение площади эпюры давлений в скелете грунта для времени t к площади полной (стабилизированной) эпюры давлений (при t=∞).
Высказанное положение математически можно записать в следующем виде:

где Fp — плошадь полной стабилизированной эпюры уплотняющих давлений (в рассматриваемом случае Fp=ph).
Преобразуем выражение (обозначив для рассматриваемого основного случая степень консолидации через Uо):

Так как e-N— правильная дробь, то для ряда практических случаев можно ограничиться первым членом ряда. Тогда будем иметь

Так как полному уплотнению соответствует полная стабилизированная осадка, а части уплотнения – осадка за время t, то степень консолидации (уплотнения) может быть выражена и следующим уравнением:
![]()
где st — осадка за данное время; s—полная стабилизированная осадка
![]()
или получим для основного случая (равномерного распределения уплотняющих давлений по глубине) осадку для любого времени U

Реологические процессы в грунтах и их значение.
Реология – наука, изучающая протекание деформаций различных материалов во времени под действием приложенных к ним сил.
Ползучесть грунтов – нарастание деформации во времени при действии на грунт постоянной нагрузки. Явление ползучести глинистых грунтов связано со свойствами воды в оболочках на глинистых частицах. В ближайшем к частице слое вода ведет себя как пластическое тело, на удалении - как псевдопластическая жидкость.
Релаксация грунтов – постепенное уменьшение напряжений в результате перехода упругих деформаций в пластичные при длительном действии постоянной нагрузки.
Изменение осадок во времени.

Рис. 6.1. Кривые незатухающей (а) и затухающей (б) ползучести
Различают затухающую и остановившуюся ползучесть и незатухающую или прогрессирующую ползучесть.
Оа – мгновенная деформация
В первой стадии (отрезок ab) (затухающей ползучести) происходит уменьшение (закрытие) существующих микротрещин, причем наблюдается уменьшение объема грунта, т.е. его уплотнение.
Во второй стадии (отрезок bc) (пластично-вязкого течения) происходит перестройка структуры при практически неизменном объеме грунта, причем нарушение существующих жестких или полужестких структурных связей полностью компенсируется возникновением новых водно-коллоидных и молекулярно-контактных связей, а протекающая вязкая деформация (главным образом водно-коллоидных оболочек, прочно связанных с минеральными частицами) обусловливает новую структуру, все менее сопротивляющуюся действию внешних сил: агрегаты же частиц и отдельные частицы как бы выстраиваются по направлению действующих усилий, и в чешуйчатых глинистых частицах возникают по направлению усилий микросдвиги, т.е. происходит перестройка структуры грунта без изменения объема.
На третьей стадии (отрезок cd) (прогрессирующего течения) увеличивается объем грунта и уменьшается общее его сопротивление вследствие появления (при определенных относительных перемещениях частиц грунта и их агрегатов) новых микротрещин, которые вместе с имеющимися дефектами и микротрещинами продолжают расти, обусловливая все ускоряющуюся деформацию, приводящую грунт в хрупкое разрушение или в вязкое течение, сопровождающееся выдавливанием его в стороны от нагруженной поверхности.
Реологические процессы растянуты во времени на десятки лет.
На основании кривой ползучести различают характерные показатели грунта: мгновенную, временную и длительную прочности.

Rcж0– мгновенная прочность соответственно мгновенного сопротивления грунта в начале загружения
Rсжt - временная прочность. Прочность изменяется во времени.
Rсждл – длительная прочность. Прочность наименьшего предела при релаксации грунта.
