Механические свойства грунтов
Механические свойства грунтов проявляются при воздействии на грунт разных типов нагрузок. Эти характеристики показывают, насколько прочным является материал, склонен ли он к деформациям. Свойства зависят в первую очередь от типа связи между отдельными частицами грунта , химического состава. Влияют на них и некоторые физические характеристики – влажность, пористость, степень выветривания.
К механическим свойствам относятся:
- Сжимаемость
- Просадочность
- Набухание
- Морозное пучение
- Прочность
- Упругость, или модуль упругости
- Угол внутреннего трения
- Сцепление
- Сопротивление сдвигу
- Угол естественного откоса
- Граница текучести и раската
- Липкость
Подробнее о каждом из них мы расскажем ниже
Сжимаемость
Под воздействием внешней нагрузки грунт сжимается. Это происходит за счет вытеснения из пор и капилляров воды и газов. Твердые частицы смещаются и деформируются, из-за этого материал уменьшается в объеме. Сжимаемость зависит от гранулометрического состава, пористости, влажности , прочности грунта. У грунтов с рыхлой структурой, с незначительным содержанием влаги этот показатель всегда больше, чем у плотных и водонасыщенных.
Определяют сжимаемость, чтобы рассчитать усадку под давлением фундамента, дорожного полотна, транспорта и т.д. Испытания проводят в лаборатории с помощью одометра. В прибор помещают образец грунта, а затем уплотняют его. Результаты фиксируют в виде компрессионной кривой; она показывает, насколько изменилась пористость материала, по сравнению с исходным состоянием.
Подробнее об этом читайте в статье Сжимаемость грунта.
Просадочность
Способность грунта сжиматься при замачивании под собственным весом или минимальной внешней нагрузкой и возможности бокового расширения. Свойство характерно для грунтов с высоким содержанием пылевидных частиц (лессов и лессовидных суглинков). Оно ярко проявляется при увлажнении грунта. На просадочных грунтах трудно возводить фундаменты, они требуют уплотнения или укрепления.
Измеряется просадочность все так же – с помощью одометра. В зависимости от результатов принимают решение о необходимости укрепления материала. Если проигнорировать это свойство, в дальнейшем грунт может просесть, что приведет к разрушению построек, деформации дорожного полотна и другим неприятным последствиям.
Подробнее об этом читайте в статье Просадочность грунта.
Набухание
Свойство глинистого грунта увеличиваться в объеме при увлажнении. Это происходит за счет связывания молекул воды глинистыми частицами. Вокруг них образуется пленка , расстояние между отдельными зернами грунта увеличивается. В итоге материал теряет плотность и прочность, становится пластичным.
Все грунты разделяются на несколько групп – от ненабухающих до сильнонабухающих. На последних, например, нельзя строить здания. Они требуют замены на более устойчивый к увлажнению материал.
Подробнее об этом читайте в статье Набухание грунта.
Морозное пучение
Увеличение объема при замерзании. Свойство выражено в пористых грунтах с высокой влагоемкостью. Они содержат много воды, которая после замерзания увеличивается в объеме. Морозное пучение более характерно глинам и суглинкам, чем пескам и супесям. Последние не задерживают воду, а пропускают ее в нижние горизонты грунтового массива.
Набухание и морозное пучение – негативные явления, которые ведут к разрушению построек. Увеличивающийся в объеме грунт оказывает давление на конструкцию, равное нескольким десяткам тонн. В результате фундамент может выдавливаться из земли и разрушаться, на асфальтовом полотне появляются бугры и трещины.
Подробнее об этом читайте в статье Морозное пучение грунта.
Прочность
Способность грунта сопротивляться внешним воздействиям (сжатию, разрыву, скалыванию, сдвигу). Она зависит от силы воздействия, вида и состава грунта, взаимодействия между отдельными частицами, температуры, влажности. Материалы с низкой прочностью не используются в ответственных работах. На них нельзя строить здания , их невозможно применить для приготовления бетона и других строительных смесей.
Высокой прочностью обладают скальные грунты, состоящие из пород магматического или метаморфического происхождения, сухие пластичные глины. Обретают прочность грунты, которые длительное время находились в воде (галька, речной и морской песок). Вода вымывает слабые породы из этих материалов. Показатель падает в процессе выветривания, при появлении трещин и расколов. Например, гравий, образовавшийся в результате разрушения плотных горных пород, имеет настолько низкую прочность, что некоторые зерна можно спокойно раскрошить голыми руками.
Подробнее об этом читайте в статье Прочность грунта.
Упругость, или модуль упругости
Соотношение между вертикальным давлением и степенью деформации грунта. Для определения показателя образец сначала сжимают, а потом снимают давление. Характеристика важна для расчета предполагаемой усадки фундамента.
Подробнее об этом читайте в статье Упругость грунта.
Угол внутреннего трения
Характеризует сопротивление грунта вертикальному срезу. Он зависит от силы воздействия и трения между отдельными частицами. У разных грунтов показатель колеблется от 1 5° до 43°. Показывает устойчивость материалов к сдвигу и динамическим нагрузкам.
Подробнее об этом читайте в статье Угол внутреннего трения грунта.
Сцепление
Под сцеплением понимают степень взаимодействия частиц грунта между собой. Определяется при вертикальном срезе и напрямую зависит от силы давления, которое прилагается в ходе исследования. На сцепление влияет тип связи между отдельными частицами. Оно высокое у скальных грунтов (кристаллические связи), глины (коллоидные связи). Также на него влияет степень трения, сцепление выше между зернами с шероховатой поверхностью.
Сцепление уменьшается в грунтах с большим содержанием мелких частиц, которые обволакивают более крупные, делая их поверхность гладкой. Плохо сцепляются между собой окатанные зерна речного и морского песка, гальки.
Подробнее об этом читайте в статье Сцепление грунта.
Сопротивление грунтов сдвигу
Сопротивление грунтов сдвигу – это способность выдерживать горизонтальные нагрузки без нарушения структуры. Она зависит от прочности молекулярных связей и трения частиц между собой. Показатель всегда выше у скальных, связных дисперсных и мерзлых грунтов.
В практическом смысле сопротивление сдвигу важно учитывать при возведении фундаментов зданий. Если грунт потеряет устойчивость , то постройка может разрушиться под воздействием сдвига. Чтобы избежать этого, грунт испытывают в лаборатории в приборе одноплоскостного среза.
Подробнее об этом читайте в статье Сопротивление грунта сдвигу.
Угол естественного откоса
Это угол между горизонтальной площадкой и конусом, который образовался при свободной засыпке грунта. Зависит от угла внутреннего трения и сцепления. Показатель важен для расчета высоты насыпей, откосов, глубины выемок.
Подробнее об этом читайте в статье Угол естественного откоса грунта.
Граница текучести и раската
Показатель влажности при потере пластичности, определяется для глинистых грунтов. Граница текучести – это влажность при переходе грунта из пластичного состояния в текучее. Граница раската – это минимальная влажность, при которой грунт сохраняет пластические свойства (раскатывается и сохраняет свою форму).
Подробнее об этом читайте в статье Граница текучести и раската грунта.
Липкость
Способность влажного грунта прилипать к поверхности. Свойство характерно для глины, суглинка, частично для почвы с высоким содержанием гумуса. Зависит от пластичности и текучести. Липкий грунт цепляется к инструментам и технике, шинам автомобилей, гусеницам тракторов. Поэтому его не рекомендуют использовать для грунтовых и временных дорог.
Подробнее об этом читайте в статье Липкость грунта.
Определение механических свойств грунта – важный этап подготовки ст р оительства зданий или дорог. От качества его проведения зависит сам проект и особенности его реализации. Детальнее об этих характеристиках вы можете прочитать в соответствующих статьях нашего сайта.
Источник
Механические характеристики грунтов
Основными параметрами для проектирования и строительства, в процессе инженерно-геологических изысканий является определение механических свойств грунтов как лабораторными так и полевыми методами.
Именно механические свойства грунтов — являются основой в проектировании зданий и сооружений — от возведения небольших домов, коттеджей и прокладки коммуникаций до возведения высотных зданий с многоуровневыми подземными парковками.
Характеристики грунта – это его особенности, которые зависят от состава и взаимосвязей между компонентами. Механические характеристики грунтов представляют собой свойства, проявляющиеся при воздействии на грунт нагрузок. На основании механических характеристик выполняются расчеты для проектировки фундаментов, несущих конструкций и других элементов строения, контактирующих с геологией. Характеристики служат исходной информацией и имеют большое значение для исследования и предвидения процессов геологии, происходящих у поверхности земли.
Чтобы рассчитать деформации, нагрузку, которую может выдерживать грунт и оценить прочность фундамента, нужно обладать данными о механических свойствах эксплуатируемых грунтов.
К механическим характеристикам грунтов относят:
— прочность (сопротивляемость растяжениям, проницаемость водой, фильтрация);
На механические характеристики грунтов влияет их состав, параметры физического состояния, а также особенности их структуры. Грунты могут иметь гранулометрический или минеральный состав. К параметрам физического состояния относится плотность, уровень влажности, температура.
Характеристики деформации
К характеристикам деформации относятся:
— показатель упругости, он рассчитывается в пропорциональном соотношении между вертикальной нагрузкой, приходящейся на грунт и относительной величиной деформации почвы, происходящей в вертикальной плоскости. Для определения этого модуля проводятся эксперименты на сжатие в процессе разгрузки исходно уплотненного грунта, взятого в качестве образца;
— показатель общей деформации, рассчитывается в пропорциональном отношении между нагрузкой и относительной величиной искажений почвы в линейной плоскости, которые возникают под воздействием этого давления. Если значение модуля искажений меньше 5 Мпа грунт считается мягким.
Значение показателя упругости всегда превышает показатель общего искажения. Показатель упругости переделяется в процессе экспериментов над образцами почвы и основывается на их упругости, имеющей место во время разгрузки, а показать общих искажений, определяет поведение почвы и при упругих, и при остаточных искажениях.
Механические характеристики грунтов
Сжимаемость грунтов
Сжимаемость грунтов – это показатель, показывающий уровень сжимаемости в условиях, при которых грунт не может расширяться в стороны.
Осадка грунта – это свойства почвы сокращать объем под влиянием уплотняющего давления. Составляющими грунта являются частички, имеющие различную величину и поры, внутри которых находится вода и воздух. Частицы могут иметь связь друг с другом или быть несвязанными. В процессе появления напряжения, возникающего в ходе сжатия изменяются объемы, это становится возможно, благодаря сокращению объемов внутри грунтовых пор, в которых находится газ или же вода. Если грунты насыщены водой, их полное сжатие может произойти, только если жидкость будет вытеснена из пор.
Показатель искажения характеризует сжимаемость, значение уплотнения и коэффициент осадки.
Величина показателя сжимаемости изменяется в большом диапазоне, на нее влияет состав, тип и состояние почвы. Показатель искажения изменяет свое значение под воздействием давления.
Угол внутреннего трения – это значение, отражающее линейную зависимость сопротивляемости грунта от нагрузки, приходящейся вертикально.
Оценивать уровень сжимаемости почвы нужно по начальному отрезку компрессионной линии в диапазоне давления от 0,5 до 1,5 кгс/см2, если показатель давления будет выше, то даже самые слабы почвы слабо сжимаются. Показатель уплотнения позволяет приблизительно оценить степень сжимаемости почвы. Показатель осадки служит отражением величины искажения.
В зависимости от усадки искажения подразделяют на две группы: пластичные и упругие. Последние появляются под влиянием нагрузок, которые меньше прочность структуры почв, не оказывающих разрушительного действия на связи между составляющими, и обуславливается способностью почвы возвращаться в первоначальное состояние после того, как исчезнет давление.
Пластические искажения разрушают связи между составляющими и скелет почвы. Пластичные искажения делают почву более уплотненной благодаря изменению размера пор внутри почвы, а искажения со сдвигом благодаря изменению ее исходной формы и могут приводить к разрушению.
Характеристики прочности
Выделяют несколько характеристик прочности:
Механические характеристики грунтов
Сопротивляемостью к растяжениям называется свойство почвы оказывать противостояние перемещение частей почвы в отношении друг друга вод влиянием прямой нагрузки и касательной. Характеристики прочности применяются при расчете фундаментов. Под прочностью подразумевается свойство почвы выдерживать нагрузки, не подвергаясь разрушению. В песчаных почвах и грунтах с большими обломками сопротивляемость становится достижимой преимущественно благодаря силе трения отдельно расположенных частиц, такие почвы называются сыпучими. Почвы глинистого типа имеют большую сопротивляемость к сдвигам, так как в этом случае имеет место сцепление.
Водопроницаемость – это свойство почвы пропускать жидкость, она зависит от структуры почвы и ее состава. Если пор мало и в составе есть глина, показатель проницаемости водой будет ниже, чем у песчаных почв. Данная характеристика оказывает влияние на устойчивость строений и скорость уплотнения почв под фундаментами, а также оползни.
Под фильтрацией подразумевается перемещение воды в почвах при свободной гравитации, во всех направлениях: вверх, вниз, в стороны под влиянием гидравлики.
Характеристика прочности почв – это их способность оказывать сопротивление силовым влияниям извне.
Для скальных почв прочность оценивают по предельному значению прочности на сжатие в одной оси, а для нескальных по их механическим параметрам.
Различают следующие уровни прочности:
— сверх прочные – значение больше 120;
— прочные – больше 50, но меньше 120;
— средний показатель прочности – меньше 50, но больше 15;
— небольшой прочности – меньше 15, но больше 5;
— сниженной прочности – меньше 5, но больше 3;
— сниженной прочности – меньше 3, но больше 5;
— очень низкой прочности – меньше 1.
Удельное сцепление почвы – это показатель непосредственной зависимости почвы от давления. Сцепление зависит от типа грунта и уровня его влажности (измеряется в Мпа).
Разрыхляемость
Это свойство почвы увеличивать свой объем в ходе разработки из-за потери связей между составляющими. Показатель разрыхления может быть исходным и остаточным. Исходный коэффициент – это отношение количества разрыхленной почвы к ее количеству в первоначальном состоянии.
Показатель остаточного разрыхления – отражает увеличение размера почвы, происходящего в результате ее уплотнения в сравнении с ее первоначальным состоянием.
Трещины и воздействие, которое они оказывают на механические характеристики почв
На свойства почв влияет не только прочность минеральных компонентов, но связи между отдельно расположенными частицами.
Связи между составляющими элементами в грунтах обычно классифицируют на несколько категорий:
— жесткие, их также называют кристализационными;
— жидкостно-коллоидные или вязкие.
Связи, отличающиеся жесткостью, имеют скальные почвы, а пластичными обладают глинистые.
Жесткие связи растворяются или не растворяются в воде. В процессе растворения жестких связей их могут заменять жидкостно-коллоидные.
Нескальные почвы в соответствии с особенностями связей, классифицируются на несколько групп:
— сыпучие (с крупными обломками и песчаные почвы).
Чаще все трещины возникают в скальных и глинистых почвах, отличающихся плотностью. С учетом разделения трещинами такие почвы классифицируют на:
— цельные (трещины отсутствуют или они есть, но при этом не пересекаются друг с другом);
— трещиноватые (растрескивания пересекаются в определенной степени, при этом остаются участки прочной почвы);
— разборные (сетка из трещин, с пересечениями и разделением скального грунта).
Трещины отрицательно сказываются на механических характеристиках грунтов, а именно на прочности. Под воздействием трещин могут появляться сдвиги участков почвы, находящихся под нагрузкой. На почвах глинистого типа и песчаных также могут быть трещины, вызывающие замачивание почвы, отрыв ее частей и движение вниз в результате оползневых явлений. Игнорировать трещины нельзя, это может привести к негативным последствиям в ходе строительства и эксплуатации объекта.
Механические свойства грунтов имеют большое значение в строительстве. Они применяются для расчетов искажений, позволяют оценить прочность и почв и как следствие устойчивость фундаментов.
Исследование грунтов, их характеристик, ведется при помощи современного оборудования с применением передовых технологий.
Специалисты нашей компании обладают большим опытом в изучении механических характеристик грунта: сжимаемости, просадачности, прочности, упругости, трения, сцепления. Мы работаем с грунтами разных типов и знаем все нюансы исследования их свойств. Изучение механических характеристик грунтов выполняется в лаборатории и позволяет получить точные результаты, играющие большую роль в успешном строительстве.
Источник