Напряженно-деформированное состояние грунта. Принцип линейной деформируемости и деформативные характеристики грунтов

Осадка фундамента в предыдущем описании есть интегральный эффект напряжений и деформаций, действующих в каждой точке основания от передаваемой фундаментом нагрузки. Иначе говоря, осадка определяется напряженно-деформированным состоянием грунта (НДС), описание которого – важная задача механики грунтов.

Поскольку грунт в основании или в массиве находится в пространственном НДС, для его моделирования применяются приборы трехосного сжатия – стабилометры. По конструкции стабилометры разнообразны, но в общем они позволяют управлять одной группой параметров НДС (например, создавать заданные напряжения и управлять ими) и определять как «отклик» грунта другую (например, замерять деформации ).

Наиболее распространен гидравлический стабилометр. При испытании цилиндрический образец грунта первоначально подвергается всестороннему (гидростатическому) сжатию напряжениями . Затем боковые (радиальные) напряжения остаются постоянными , а образец сжимается увеличивающимся вертикальным напряжением с фиксацией вертикальных и горизонтальных деформаций и .

При некотором значении грунт разрушается. Зависимость и разрушающее напряжение зависят от зафиксированного значения , но во всех случаях график зависимости имеет тот же вид, что и показанный на рис. 2.1. Таким образом, для образца грунта справедлива та же самая стадийность деформирования.

В стадии уплотнения и даже в начале стадии сдвигов зависимость деформаций от напряжений близка к линейной. Это позволяет в указанном интервале связь деформаций и напряжений принять в виде закона Гука:

;

; (2.1)

.

Параметры зависимостей (2.1) в механике грунтов называются: Е – модуль деформации; – коэффициент поперечной деформации, или коэффициент Пуассона. Это деформативные характеристики грунта. Их смысл выявляется из простого испытания на одноосное сжатие, когда и образец грунта сжимается вертикальным напряжением на простейшем прессе. Конечно, так можно испытывать только достаточно прочные связные грунты. При этом из (2.1) получаем: и .

Отсюда ясно, что Е характеризует жесткость грунта и измеряется в единицах напряжения (Па, кПа и т.д.), а – меру деформирования в направлении, перпендикулярном действующему напряжению.

Интервал значений для грунтов составляет обычно 0,1…0,5. Значения модуля деформации оказывают определяющее влияние на рассчитываемую осадку сооружений. Поэтому их определение имеет большее значение, а значения ν на практике часто принимают по справочным данным в зависимости от вида и состояния грунта.

Положение о применимости зависимостей (2.1) в механике грунтов характеризуется как «Принцип линейной деформируемости грунтов». При этом напряжения в грунте должны быть достаточно далеки от разрушающих, т.е. грунт должен работать в стадии уплотнения – начале стадии сдвигов

21) Испытание грунта методом трехосного сжатия проводят для определения следующих характеристик прочности и деформируемости: угла внутреннего трения удельного сцепления сопротивления недренированному сдвигу модуля деформации и коэффициента поперечной деформации для песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в камерах трехосного сжатия, дающих возможность бокового расширения образца грунта в условиях трехосного осесимметричного статического нагружения при где - максимальное главное напряжение; - минимальные, они же промежуточные главные напряжения.

Результаты испытаний оформляют в виде графиков зависимостей деформаций образца от нагрузки и изменения деформаций во времени.

Испытания вертикальной нагрузкой проводят при заданном всестороннем давлении на образец грунта или заданном среднем нормальном напряжении.

Испытания для определения характеристик прочности проводят не менее чем для трех образцов исследуемого грунта при различных значениях всестороннего давления на образец.
Испытания для определения характеристик деформируемости проводят по следующим схемам:

- неконсолидированно-недренированное испытание - для определения сопротивления недренированному сдвигу водонасыщенных глинистых, органо-минеральных и органических грунтов природной плотности;

- консолидированно-недренированное испытание - для определения характеристик прочности глинистых, органо-минеральных и органических грунтов в нестабилизированном состоянии;

- консолидированно-дренированное испытание - для определения характеристик прочности и деформируемости любых дисперсных грунтов в стабилизированном состоянии.
Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.

Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 38 мм и отношением высоты к диаметру от 1:2 до 1:2,5.
Оборудование и приборы

В состав установки для испытания грунтов методом трехосного сжатия должны входить:

- камера трехосного сжатия с набором жестких сплошных и перфорированных штампов и уплотнителей к ним;

- устройство для создания, поддержания и измерения давления в камере;

- механизм для вертикального нагружения образца;

- устройства для измерения вертикальных и объемных деформаций образца;

- приборы для измерения давления в поровой жидкости образца (устройства, основанные на компенсационном принципе, и датчики давления высокой жесткости);

- резиновые оболочки толщиной не более 0,25 мм;

- расширитель для заключения образца в резиновую оболочку.