Водопроницаемость грунтов

Водопроницаемостью грунтов называют способность их пропускать сквозь себя воду. Вода в порах грунтов может передвигаться под влиянием ряда причин: силы тяжести; внешнего давления; капиллярных сил; адсорбционных сил, развивающихся на поверхности раздела твердых частиц и воды; промерзания породы; давления газов и др. При инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях чаще всего практический интерес представляет передвижение воды под влиянием силы тяжести. Под капиллярным давлением воды в грунтах понимается их способность поднимать воду по капиллярным порам снизу вверх или в стороны вследствие воздействия капиллярных сил, которые возникают на границах раздела различных компонент грунта. В их основе лежат силы взаимодействия воды и воздуха с твердыми частицами грунта, проявляющиеся в смачивании последних, образовании в порах менисков и в других явлениях.

12 Предпосылки теории фильтрационной консолидации сводятся к следующему:

- скелет грунта линейно-деформируемый, деформируется мгновенно после приложения к нему нагрузки и вязкими связями не обладает;

- структурной прочностью грунт не обладает, давление в первый момент полностью передается на воду;

- грунт полностью водонасыщен, вода и скелет объемно несжимаемы, вся вода в грунте гидравлически непрерывна; . Основы теории фильтрационной консолидации.

Для глинистых водонасыщенных грунтов деформирование под постоянной нагрузкой, причем в начальный период времени скорость деформирования будет наибольшей. Если скорость деформирования достигает предельных значений, то окажется невозможной безаварийная эксплуатация сооружений. При меньших скоростях деформирования сооружение приспосабливается к этим скоростям за счет ползучести материала конструкций и стыковых элементов. Практика показывает, что если эксплуатация сооружения в первые два года оказалась успешной, то и в дальнейшем сооружение будет устойчивым.

Теория фильтрационной консолидации разработана для определения скорости развития осадки в водонасыщенных глинистых грунтах. В основу этой теории положены допущения:

1. фильтрация воды в грунте подчиняется закону Дарси:

2. начальная нагрузка, прикладываемая к грунту, воспринимается водой (создает нейтральное давление);

3. эффективное давление вызывает линейную деформацию минерального скелета.

При этом предполагается, что отжатие воды возможно только в одном направлении. В первый момент времени после загружения нагрузка воспринимается только водой, но постепенно с ее отжатием возрастающая нагрузка передается на минеральный скелет. При полном отжатии воды нагрузка воспринимается только минеральным скелетом.

Эта терия позволяет рассчитать осадку слоя грунта за любой отрезок времени.

; S- cтабилизированная осадка, определяемая для условий компресион-ной задачи: ; u – cтепень консолидации грунта:

13. ЗАКОН ДАРСИ — закон фильтрации жидкости в пористой среде, выражающий линейную зависимость скорости фильтрации от напорного градиента V = Кi, где V скорость фильтрации, К коэф. фильтрации, I напорный градиент.. Численно водопроницаемость характеризуется так называемым коэффициентом фильтрации k .

Коэффициент фильтрации представляет собой скорость фильтрации при напорном градиенте

Для определения коэффициента фильтрации грунтов существует ряд методов, которые могут быть подразделены на три основные группы:

• полевое опытное определение k с помощью откачки или налива;

• непосредственное лабораторное определение k в приборах;

• косвенное определение k путем вычисления по данным механических анализов и пористости грунта.

14. Напряженное состояние грунтов.Напряжения в грунте определяются с использование теории линейно-деформируемой среды, если между нагрузкой и деформацией имеется линейная зависимость или среднее давление не превышает расчетного сопротивления грунта: Р≤R.Разработаны частные случаи определения напряженного состояния грунтов: от собственного веса грунта, полосовая нагрузка, от одиночной силы, от нескольких сосредоточенных сил.Под воздействием сил тяжести собственного веса грунта вертикальное давление при однородном грунте по глубине (z) определяется по формуле: При назначении удельного веса грунта (γ ) необходимо учитывать, что ниже горизонта подземных вод грунт находится во взвешенном состоянии. , где , где - коэффициент поперечной деформации.Полосовая нагрузка – это нагрузка бесконечной длины и шириной (b) с постоянной интенсивностью. Решение этой задачи получено Фламаном. Формулы для определения компонентов напряжения имеют вид: . Коэффициенты представляют некоторые функции от координат. Их значения табулированы и приводятся в таблицах в зависимости от отношения координат к ширине

(z/b, y/b).Для одиночной нагрузки в пространственном объеме имеется решение Буссинеска.

; , где K = f(y/z).

- радиальное напряжение.Если к полупространству приложено несколько сосредоточенных сил, то напряжение в точке полупространства находится суммированием его составляющих, вызываемых действием каждой силы. .Любую сложную нагрузку можно разбить на отдельные участки и каждый участок заменить сосредоточенной силой. . Этот прием называется способом элементарного суммирования.

Закон кулонна

Сыпучие грунты – пески, крупнообломочные грунты, галечники. Определение сопротивления грунта сдвигу производят на сдвиговом односрезном приборе. После нагружения образца грунта некоторой сжимающей (вертикальной) нагрузкой прикладывают сдвигающую (горизонтальную) нагрузку, увеличивая ее до тех пор, пока не возникнет без дальнейшего увеличения сдвигающей нагрузки незатухающее, прогрессивно возрастающие деформации сдвига и произойдет срез (скольжение) одной части образца грунта по другой. При увеличении внешнего давления (в пределах от 0,1 до 0,3 МПа) сыпучие грунты незначительно изменяют свою плотность, и практически этими изменениями при испытании сыпучих грунтов на предельное сопротивление сдвигу можно пренебречь.

Как показывают результаты многочисленных испытаний, диаграммы продольных сопротивлений сдвигу для сыпучих грунтов может быть принята за прямую, наклоненную под углом φ к оси давлений. tgφ – Закон Кулона для сыпучих грунтов. Так сопротивление сыпучих грцнтов сдвигу есть сопротивление их трению, угол φ носит название угла внутреннего трения, а величина tgφ=f – коэффициент внутреннего трения.Предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление трению, прямо пропорциональное нормальному давлениюПри загружении водонасыщенных грунтов вода отжимается очень быстро и нагрузка сразу передается на минеральные частицы грунта. В рыхлых грунтах часть давления передается на воду: ; . Тогда закон Кулона для рыхлых песчаных грунтов: .Если вся нагрузка передается на воду, то грунт превращается в разжиженное состояниме: .В связных грунтах, кроме сил трения, (зависит от нормального давления), сдвигу противостоят силы, которые обусловлены сопротивлением внутренних связей.В отличие от песчаных грунтов глинистый грунт меняет свою плотность при возрастании нагрузки, а это значит и свою структуру. В связи с этим глинистый грунт перед проведением испытания консолидируют в два этапа по методике компрессионных испытаний. Если загрузить образец грунта до нагрузки Р2,атем разгрузить до Р1=Рстр, то в указандиапазоне плотность грунта практически не изменится.Существует три метода проведения испытаний глинистых глинистых грунтов сопротивления сдвиг

1. консолидированного дренированного сдвига. Этот случай соответствует работе грунта в основании Р1=Рстр Р2 Р сооружения после его стабилизации. На каждой ступени при вертикальном и горизонтальном загружении происходит загружение грунта до полной консолидации. В отличие от песчаного грунта глинистый грунт меняет свою пористость, плотность, а, следовательно, строение. 2.Консолидированного не дренированного сдвига. В этом случае вертикальная нагрузка выдерживается до полной стабилизации, а горизонтальная прикладываетсяочень быстро, что исключает отжатие воды при сдвиге.

.

3.Метод неконсолидированного недренированного сдвига. Испытания производят с водонасыщенным образцом грунтом без возможности отжатия воды. При таком загружении вертикальная нагрузка воспринимается поровой водой, уплотнение грунта отсутствует, поэтому сдвиговая нагрузка полностью воспринимается силами сцепления, т.е. структурными связями между частицами грунта: .

сдвиг деформация упругого тела, характеризующаяся взаимным смещением параллельных слоев (волокон) материала под действием приложенных сил при неизменном расстоянии между слоями.. Сопротивление грунта сдвигу.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.

15 вопрос. Сыпучие грунты – пески, крупнообломочные грунты, галечники. Определение сопротивления грунта сдвигу производят на сдвиговом односрезном приборе. После нагружения образца грунта некоторой сжимающей (вертикальной) нагрузкой прикладывают сдвигающую (горизонтальную) нагрузку, увеличивая ее до тех пор, пока не возникнет без дальнейшего увеличения сдвигающей нагрузки незатухающее, прогрессивно возрастающие деформации сдвига и произойдет срез (скольжение) одной части образца грунта по другой. При увеличении внешнего давления (в пределах от 0,1 до 0,3 МПа) сыпучие грунты незначительно изменяют свою плотность, и практически этими изменениями при испытании сыпучих грунтов на предельное сопротивление сдвигу можно пренебречь.

Как показывают результаты многочисленных испытаний, диаграммы продольных сопротивлений сдвигу для сыпучих грунтов может быть принята за прямую, наклоненную под углом φ к оси давлений. tgφ – Закон Кулона для сыпучих грунтов. Так сопротивление сыпучих грцнтов сдвигу есть сопротивление их трению, угол φ носит название угла внутреннего трения, а величина tgφ=f – коэффициент внутреннего трения.Предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу есть сопротивление трению, прямо пропорциональное нормальному давлениюПри загружении водонасыщенных грунтов вода отжимается очень быстро и нагрузка сразу передается на минеральные частицы грунта. В рыхлых грунтах часть давления передается на воду: ; . Тогда закон Кулона для рыхлых песчаных грунтов: .Если вся нагрузка передается на воду, то грунт превращается в разжиженное состояниме: .В связных грунтах, кроме сил трения, (зависит от нормального давления), сдвигу противостоят силы, которые обусловлены сопротивлением внутренних связей.В отличие от песчаных грунтов глинистый грунт меняет свою плотность при возрастании нагрузки, а это значит и свою структуру. В связи с этим глинистый грунт перед проведением испытания консолидируют в два этапа по методике компрессионных испытаний. Если загрузить образец грунта до нагрузки Р2,атем разгрузить до Р1=Рстр, то в указандиапазоне плотность грунта практически не изменится.Существует три метода проведения испытаний глинистых глинистых грунтов сопротивления сдвиг

1. консолидированного дренированного сдвига. Этот случай соответствует работе грунта в основании Р1=Рстр Р2 Р сооружения после его стабилизации. На каждой ступени при вертикальном и горизонтальном загружении происходит загружение грунта до полной консолидации. В отличие от песчаного грунта глинистый грунт меняет свою пористость, плотность, а, следовательно, строение. 2.Консолидированного не дренированного сдвига. В этом случае вертикальная нагрузка выдерживается до полной стабилизации, а горизонтальная прикладываетсяочень быстро, что исключает отжатие воды при сдвиге.

.

3.Метод неконсолидированного недренированного сдвига. Испытания производят с водонасыщенным образцом грунтом без возможности отжатия воды. При таком загружении вертикальная нагрузка воспринимается поровой водой, уплотнение грунта отсутствует, поэтому сдвиговая нагрузка полностью воспринимается силами сцепления, т.е. структурными связями между частицами грунта: .