- 2 Хемогенные породы.
- 3 Органогенные породы.
- 4 Породы смешанного происхождения.
- 10. Сопротивление грунтов сдвигу. Закон Кулона.
- 11. Природные напряжения в грунтах.
- 12. Причины потери устойчивости склонов и меры борьбы с ними
- 13. Влагоемкость и водопроницаемость. Водопоглащение и водонасыщение.
- 14. Критические нагрузки на грунт.
1. Составные компоненты грунтов
 Скачать 0.76 Mb.
|
|
1 Обломочные породы. Породы обломочного происхождения состоят из продуктов механического разрушения магматических и метаморфических пород, а также ранее образовавшихся осадочных пород. По происхождению обломочные породы могут быть морскими, озерными, речными, ледниковыми, эоловыми (ветровыми) и др. Кроме этого обломочные породы разделяют на рыхлые и сцементированные. Рыхлые обломочные породы в природных условиях могут подвергаться цементации за счет веществ, выделяющихся циркулирующих водных растворов; в поры может вносится пылеватый и глинистый материал. Цемент по своему составу может быть кремнеземистым, железистым, известковым, глинистым и др. Классифицируют эти породы по размерам обломков, степени их окатанности, цементации, минералогическому составу. 2 Хемогенные породы. Образовались в результате выпадения солей из водных растворов либо в результате химических реакций, происходящих в земной коре. Они подразделяются на следующие группы: карбонатные, кремнистые, галоиды, сернокислые и др. К таким породам относятся различные известняки, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль и др. 3 Органогенные породы. Образуются в результате накопления остатков организмов и растений на дне водоемов. Наиболее распространенными из них являются известняки, диатомит, клаустобиолиты (торф, уголь) и др. 4 Породы смешанного происхождения. Довольно широко распространены у поверхности земли. Образуются частично из обломочного материала, а частично из органогенного или хемогенного. Наиболее распространенной породой смешанного происхождения является мергель. Метаморфические породы образуются в земной коре из осадочных и магматических пород под воздействием значительного давления, высоких температур и химически активных веществ (газов, паров, растворов). В результате проявления метаморфизма изменяется минералогический состав пород, их структура и текстура, а тем самым и свойства первоначальных пород. Различают два основных типа метаморфизма горных пород: контактовый, протекающий под действием тепла, выделяющихся растворов и газов из магмы, внедрившейся в толщу осадочных пород, и глубинный, или региональный, происходящий в глубоких зонах земной коры под влиянием значительного давления и высоких температур. При метаморфизации присущие магматическим и осадочным породам формы залегания нередко сохраняются, но резко изменяется минеральный и химический состав, текстура и структура. Типичными контактово-метаморфическими породами являются роговики, скарны. В результате проявления регионального метаморфизма образуются различные кристаллические сланцы, кварциты, мраморы, гнейсы и др. 10. Сопротивление грунтов сдвигу. Закон Кулона. Предельным сопротивлением сдвигу (растяжению) называется способность грунта противостоять перемещению частей грунта относительно друг друга под воздействием касательных и прямых напряжений. Этот показатель характеризуется прочностными свойствами грунтов и используется в расчетах оснований зданий и сооружений. Способность грунта воспринимать нагрузки не разрушаясь, называют прочностью. В песчаных и крупнообломочных несвязных грунтах сопротивление достигается в основном за счет силы трения отдельных частиц, такие грунты называют сыпучими. Глинистые грунты обладают более высоким сопротивлением к растяжению (сдвигу), т.к. наряду с силой трения сдвигу противостоят силы сцепления: водно-коллоидные и цементационные связи (связные грунты). В строительстве этот показатель важен при расчете оснований фундаментов и изготовлении земляных сооружений с откосами. Под действием вертикальной сжимающей силы (Р) на грунт в любой точке массива грунта возникают также горизонтальные (сдвигающие) силы (Т). Под действием внешней нагрузки в отдельных точках (областях) грунта эффективные напряжения могут превзойти внутренние связи между частицами грунта, при этом возникнут скольжения (сдвиги) одних частиц или агрегатов их по другим и может нарушиться сплошность грунта, т.е. прочность грунта будет превзойдена. Внутренним сопротивлением, препятствующим перемещению (сдвигу) частиц в идеально сыпучих телах (чистые пески) будет лишь трение, возникающее в точках контакта частиц. В связных же грунтах перемещению частиц будут сопротивляться внутренние структурные связи и вязкость вводно-коллоидных оболочек частиц. Пока эффективными напряжениями внутренние связи не преодолены, связный грунт будет вести себя как квазитвердое тело, обладающее лишь упругими силами сцепления. Под силами сцепления подразумевается сопротивление структурных связей всякому перемещению связываемых ими частиц независимо от величины внешнего давления. Определение показателей сопротивления сдвигу грунтов имеет первостепенное значение для практики, так как они обуславливают точность инженерных расчетов по определению предельной нагрузки на грунт. Определить сопротивление грунта сдвигу можно несколькими способами: прямого плоскостного среза; простого одноосного сжатия; трехосного сжатия на приборе стабилометре; вдавливания шарового штампа; лопастные испытания.  Рис σ– нормальное напряжение; τ – касательное напряжение; Смещение грунтовых частиц становиться возможным, когда касательные напряжения преодолевают удерживающие связи в точках контакта. Графики зависимости касательного напряжения от нормального.   Рис  φ – угол наклона прямой к оси абсцисс, характеризующий угол внутреннего трения грунта; С – отрезок от пересечения прямой и оси ординат, характеризующий удельное сцепление между частицами; ψ – угол сдвига. Сопротивление грунта сдвигу характеризуется коэффициентом сдвига.  Для различных грунтов значения С и φ находятся в различных соотношениях, по этому признаку грунты делятся на 3 группы: 1.Грунты, в которых внутреннее трение значительно превосходит сцепление и последним можно пренебречь (пески всех типов при любой влажности) С=0,  - закон Кулона для сыпучих грунтов: «Предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу, есть сопротивление трению, прямопропорционально нормальному давлению».2.Грунты, обладающие как трением, так и сцеплением. Причём каждый член уравнения имеет существенное значение. Закон Кулона для связных грунтов: «Предельное сопротивление связных грунтов сдвигу при завершённой их консолидации есть функция 1-ой степени от сжимающего напряжения (супеси, скрыто-пластичные глины, пылеватые пески)».3.Грунты, имеющие преимущественно сцепление (пластичные глины, суглинки, мёрзлые грунты) φ=0, τ.=С. 11. Природные напряжения в грунтах. Напряжения от собственного веса грунта (или природные) определяются для оценки природной уплотненности грунтов и свеженасыпанных земляных сооружений. Напряжение в слоистом массиве от собственного веса грунта. 1.Грунт с модулем деформации изменяющимся по глубине. Для линейно деформируемого бесконечного полупространства, модуль которого изменяется прямопропорционально длине, при нагрузке сосредоточенной силы применимы формулы О.К.Фрелиха:  P – удельное давление по подошве штампа; α – угол, образуемый вертикальной осью и прямой, соединяющей рассматриваемую точку с любой точкой на окружности; νk – коэффициент концентрации напряжений, характеризующий рассеивание напряжений по глубине и их сосредоточение в близи линии действия силы. Чем больше νk, тем больше напряжение по линии действия силы и тем быстрее проходит затухание по мере удаления в сторону. 2.Анизотропные грунты. Для определения напряжений при действии линейной нагрузки пользуются формулами К.Вольфа:  q – нагрузка на глубину длины загруженной линии; R – расстояние от загруженной линии до рассматриваемой точки  , E2 и E1 – модули деформации в горизонтальном и вертикальном направлении.3.Многослойные системы. Давление от собственного веса грунта называется бытовым или природным.   Рис Если у нас грунты с разной плотностью, то формула примет вид  В водоносных грунтах вычисление удельного веса производится с учетом взвешивающей силы воды  , e – коэффициент пористости.В глинах и суглинках с IL<0.25 взвешивающее воздействие воды можно не учитывать. 12. Причины потери устойчивости склонов и меры борьбы с ними Под оползнем понимается более или менее медленное смещение грунтовых масс вниз по склону под действием силы тяжести. Обычно это явление связано с нарушением естественной структуры грунта. Оползни чаще всего образуются по берегам рек, озер, на склонах возвышенностей, сложенных рыхлыми породами и при наличии в их основании водоупорного слоя, обнажающегося в откосе. В жестких породах оползни возможны при наличии уклона склона или трещин, разбивающих породы. В глинистых породах оползни могут образовываться и при горизонтальном залегании, этому способствует суффозия. Причинами, ускоряющими возникновение оползней, могут служить землетрясения, сильные дожди, подмыв склона рекой, а также деятельность человека, в частности строительство. Т.е. оползни происходят в том случае, когда возникающие по тем или иным причинам в массе грунта вблизи откоса сдвигающие (касательные) напряжения оказываются более высокими, чем те, которые может противостоять грунт. Следовательно, развитие оползневых явлений происходит в тех случаях, когда активизируются сдвигающие силы и когда ослабевают силы сопротивления. Чаще всего оба эти фактора действуют одновременно. С точки зрения первичной оценки степени устойчивости все склоны могут быть подразделены на три категории.
Формы нарушения устойчивости склонов и откосов весьма разнообразны и связаны с литологическим строением склона, с режимом подземных и поверхностных вод, с атмосферными явлениями. В зависимости от вида деформации склона применяются разнообразные методы противооползневой защиты. Борьба с оползнями обычно сложна и не всегда успешна. Поэтому при строительстве необходимо учитывать возможность возникновения оползневых процессов и принимать меры по укреплению склонов заранее. В случае, когда сооружение уже существует и есть вероятность деформации склона, необходим мониторинг оползнеопасного склона. При проектировании зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях необходимо предусматривать меры, обеспечивающие требуемые эксплуатационные качества и долговечность зданий. Это достигается либо путем создания надежного основания, исключающего появление недопустимых деформаций объекта строительства, либо применением специальных конструкций зданий, приспособленных к повышенным неравномерным деформациям. Надежное основание, исключающее появление недопустимых деформаций объекта строительства, можно создать путем его предварительной подготовки. Широкое распространение получили такие способы подготовки оснований, как механическое уплотнение грунта тяжелыми трамбовками, замена грунтов уплотненной грунтовой подушкой, предварительное замачивание грунта в сочетании с глубинными взрывами, прорезка посадочной толщи сваями, уплотнение массивов грунтовыми или щебеночными сваями, химическое и термическое закрепление и другие. 13. Влагоемкость и водопроницаемость. Водопоглащение и водонасыщение. Влагоемкость- способность вмещать и удерживать в себе определенное количество воды при возможности свободного ее вытеснения под действием силы тяжести. По степени влагоемкости грунты делятся: 1. очень влагоемкие (торф, глина, суглинок) 2. слабоемкие (супеси, мелкозернистые пески) 3. не влагоемкие (скальные грунты, крупнозернистые пески) Различают влагоемкость: 1. капиллярная, характеризуется влажностью грунта, соответствующую полному заполнению капиллярных пар водой. 2. максимальная молекулярная влагоемкость- максимальная количество пленочной воды удерживаемой грунтом. 3. гигроскопическая влагоемкость- количество воды поглощаемой грунтом с выделением тепла. Водопроницаемость грунта называется его способность пропускать через свою толщу воду. Характеризуется коэффициентом фильтрации.   м/cумКф10- коэффициент фильтрации при t=10° 864- переводной коэффициент из см в секунду в метрах, в сутки h- высота образца Т=0,7+0,03Тф- температурная поправка S- наблюдаемое падение воды в пьезаметре Но- начальный напор  - безразмерный коэффициент, определяемый по таблицеВодопоглощение- способность грунта поглощать и удерживать воду при обычных условиях. Водонасыщение- способность грунта максимально поглощать воду при вакууме или под давлением. Отношение величины водопоглащения к величине водонасыщения называется коэффициентом водонасыщения. 14. Критические нагрузки на грунт. Фазы работы грунта под нагрузкой:  Рис 1-ая фаза – фаза уплотнения, работа грунта происходит в условиях обеспеченной плотности. 2-ая фаза – фаза местных сдвигов, при дальнейшем увеличении нагрузки начинается прогрессирующее нарастание осадки, а в краевых зонах – локальное нарушение прочности грунта. При слиянии этих зон с дальнейшим увеличением давлении образуется уплотнённое ядро. нагрузка, соответствующая 1-ой и 2-ой фазам называется критической. 3-я фаза – фаза выпирания, при достижении Р5=РПР наступает предельная критическая нагрузка при которой преобладает сдвигающее напряжение τ. Уплотнённое ядро раздвигает окружающий грунт, образуется поверхность скольжения, по которой грунт смещается и происходит выпирание грунта из-под нагруженной площадки, сопровождающее её резким погружением. Критическое и предельное давление  Рис Начальное критическое давление: формула Пузыревского:   - пригрузка от слоя грунта с объёмным весом  и высотой h расположенного выше плоскости приложения нагрузки.Начальное критическое давление – нагрузка такой интенсивности, при которой заканчивается процесс уплотнения грунта, и начинает формироваться упругое ядро и площадки сдвига. Касательное и нормальное напряжение для появляющихся площадок сдвига связаны условием предельного равновесия. Для идеально связных грунтов   Эта формула используется для определения давления для глинистых грунтов с малым углом внутреннего трения 5 7 Предельное критическое давление характеризуется таким состоянием грунтов основания, при котором полностью заканчивается развитие областей предельного равновесия. Сопротивление сдвигу и несущая способность грунта в зонах предельного равновесия в этот момент достигает предельного значения. Для решения этой задачи используют приближенный прием. Он заключается в том, что задаются такими очертаниями поверхности скольжения, которые практически совпадают с точными. Получают их из результатов численного решения системы дифиренциальных уравнений предельного равновесия.  , где A, B, C – функции угла внутреннего трения, которые берутся из таблиц, q – удельное давление пригрузки, r – радиус площадки.На основе решения плоской задачи теории предельного равновесия получены выражения для предельной критической нагрузки:
Значение безразмерных коэффициентов  и  берутся из таблиц.
|
, при 
, при 
, при 