Что такое деформация почвы

Действие внешних сил на тело вызывает его перемещения. Если тело совершает поступательное движение или вращается без изменения относительного расположения частиц, то оно не деформируется; такие перемещения не вызывают, никаких внутренних напряжений. Только перемещения отдельных частиц тела связаны с возникновением в нем напряженного состояния. Если нагрузку, грунтов приложенную к деформируемому телу, снять, то одни частицы тела возвратятся в прежнее положение, а другие останутся в положении, полученном при действии нагрузки, т. е. наблюдаются упругие и остаточные деформации. В твердых телах, например в металлах, величина остаточных деформаций незначительна, и ими часто можно пренебречь, т. е. рассматривать такие тела как упругие.

В грунтах же при действии внешних сил возникают как упругие, так и остаточные деформации, причем остаточные деформации часто в десятки раз превосходят упругие. Существенным отличием грунтов от упругих тел является то, что при действии внешних нагрузок остаточные деформации всегда сопутствуют упругим, даже при незначительных нагрузках. Сумма остаточных и упругих деформаций составляет общую деформацию. В одних случаях особо важное значение приобретает общая деформация грунтов, в других — упругая и, наконец, остаточная.

Различные виды деформаций грунтов обусловливаются различными физическими причинами, вызывающими их. Упругие деформации могут быть двух родов: упругие изменения объема (деформации сжатия-растяжения), что наблюдается при периодической сжимающей или растягивающей нагрузке и разгрузке, и упругие искажения формы без изменения объема, происходящие главным образом при мгновенных нагрузках. Так как упругие деформации распространяются со скоростью звука, то компрессионных изменений грунта практически за время действия мгновенных нагрузок (за исключением вибраций) не возникает, ибо для их развития требуется достаточный промежуток времени.

Деформации уплотнения и набухания, которые следует отнести к неупругим деформациям, требуют значительного времени для своего развития и обусловливаются компрессионными свойствами грунтов. Виды деформаций грунтов и причины, их обусловливающие набухания грунтов являются необратимыми, поскольку кривая уплотнения не совпадает с кривой набухания, что происходит вследствие нарушения структуры грунта в процессе его консолидации.

Деформации ползучести обусловлены взаимными сдвигами частиц, причем в зависимости от того, какой процесс при данной нагрузке преобладает — упрочнение или сдвиг, ползучесть может быть затухающей или установившейся с постоянной скоростью деформирования.

Чисто остаточная деформация грунтов возникает вследствие разрушения структуры и излома частиц будет существенным фактором для сооружений, возводимых из грунта. В результате действия повторных нагрузок остаточная деформация накапливается, и, например, в грунтовых дорогах образуются колеи, ухудшающие .проходимость.

Рассмотренные физические причины, обусловливающие характер тех или иных видов деформаций грунтов, в естественных условиях могут существовать в многообразном сочетании. В одних случаях основное значение будут иметь одни причины, в других — другие; иногда же на деформации будут влиять одновременно несколько причин.

Источник

Виды деформаций грунта

Под влиянием особых условий, выражающихся в виде внешних воздействий на грунты основания строительной площадки, основание претерпевает деформации, которые подразделяются на два вида:

1) деформации от внешней нагрузки (осадки, просадки, горизонтальные смещения);

2) деформации от природных изменений и антропогенных воздействий (подъемы и опускания, оседания, горизонтальные смещения).

Осадки — это деформации уплотнения грунта, которые происходят в результате небольших вертикальных перемещений его твердых частиц, без коренного нарушения структурного строения и выдавливания грунта из-под фундамента. Грунт сжимается за счет уплотнения частиц. Это приводит к упрочнению и улучшению его строительных свойств. Для устойчивости и прочности оснований сжатие грунтов безопасно.

Просадки — это деформации, которые происходят в результате больших вертикальных перемещений частиц грунта с коренным изменением его структуры и часто сопровождаются выдавливанием грунта из-под фундамента. Просадки развиваются не только от внешних нагрузок и собственного веса грунта, но и от дополнительных воздействий (деформации лессовых грунтов при замачивании, мерзлых грунтов при оттаивании ).

Горизонтальные деформации — сдвиг грунта — это значительные, необратимые наклонные и горизонтальные перемещения частиц грунта, когда горизонтальные составляющие напряжений превышают сопротивление грунтов сдвигу. Сдвиг грунта вызывается действием на основание горизонтальных и наклонных нагрузок. Сдвиг сопровождается изменением сложения грунта, перемещением отдельных больших объемов грунта, нарушением его сплошности, местной или общей потерей его устойчивости.

Подъемы и опускания – деформации, связанные с изменениями объема некоторых грунтов при изменении их влажности (набухание или усадка) и при замерзании или оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение или оттаивание).

Определение осадок слоя грунта – одномерная задача уплотнения

Сжатие слоя грунта рассматривается в условиях невозможности бокового расширения при действии с поверхности безграничной по площади равномерно распределенной нагрузки. Ограниченной мощности слой сжимаемого грунта подстилается снизу скалистым основанием (рис. 4.1). В этом случае сжатие грунта слоя будет аналогично сжатию в условиях компрессионных испытаний.

Рис. 4.1. Схема сжатия слоя грунта при сплошной нагрузке в условиях сжатия

без возможности бокового расширения

Из рисунка видно, что полная величина осадки

, (4.1)

где h – мощность сжимаемого слоя до обжатия его внешним давлением; h₁ – мощность сжимаемого слоя после обжатия.

Объем скелета грунта в единице объема грунта

.

Объем скелета в выделенной грунтовой массе в виде призмы площадью F до и после деформации остается постоянным

.

Из этого условия можно найти h₁

, (4.2)

где F – площадь грунтовой призмы;

е₁ – коэффициент пористости грунта до приложения нагрузки;

е₂ – коэффициент пористости грунта после окончания осадки под нагрузкой.

Подставляя (4.2) в (4.1), получаем

.

Из результатов компрессионных испытаний можно положить, что

,

где m₀ – коэффициент уплотнения (сжимаемости).

Тогда формула для величины конечной осадки примет вид

, (4.3)

где — коэффициент относительной сжимаемости, завися-

щий только от компрессионных свойств грунта.

Таким образом, для вычисления величины осадки используются результаты компрессионных испытаний для оценки сжимаемости грунта и коэффициента уплотнения. Величину осадки можно также найти по результатам полевых испытаний в которых определяется модуль общей деформации грунта Е₀.

При принятой схеме сжатия слоя грунта (рис. 4.1)

, (4.4)

где — коэффициент бокового давления; — коэффициент бокового расширения.

Из курса сопротивления материалов следует, что относительная деформация грунта вдоль оси Z, совпадающей с направлением действия силы Р,

. (4.5)

Подставив (4.4) в (4.5), получим

,

или, вводя обозначение

,

.

Полная величина осадки равна произведению относительной осадки на мощность деформируемого слоя

. (4.6)

Данная зависимость устанавливает обратную пропорциональность величин Е₀ .

Здесь — коэффициент, зависящий только от свойств грунта и вычисляемый на основе опытного определения коэффициента бокового давления или коэффициента бокового расширения .

Сравнивая (4.3) и (4.6), можно найти зависимость между и Е₀:

.

.

Источник