Теория фильтрационной консолидации.

Опыт строительства сооружений на глинистых грунтах показывает, что осадки сооружений происходят не мгновенно, а развиваются длительное время: десятки, а иногда и сотни лет. Замедление во времени деформаций водонасыщенных глинистых грунтов связано с процессом фильтрационной консолидации, под которым понимают уплотнение грунта за счет отжатия воды из его пор. Чем выше водопроницаемость грунта, тем быстрее отжимается вода из его пор и тем быстрее протекает осадка основания сооружения.

Решение задачи линейной фильтрационной консолидации основано на допущениях:

1) рассматриваются полностью водонасыщенные грунты со свободной несжимаемой водой в порах грунта;

2) уплотнение грунта может происходить только за счет выдавливания воды, т.е. уменьшения объема пор скелета грунта;

3) скелет грунта принимается линейно-деформируемым, напряжения в котором мгновенно вызывают его деформации;

4) грунт не обладает структурностью, и внешнее давление, прикладываемое к нему, в первый момент времени полностью передается на воду;

5) фильтрация воды в порах грунта полностью подчиняется закону Дарси.

Согласно допущению 2 увеличение расхода воды q для элементарного слоя dz, расположенного на глубине z, должно быть равно уменьшению пористости грунта n в единицу времени t согласно условию:

.

Выполнив необходимые преобразования левой и правой частей этого уравнения, получают:

;

где с_v – коэффициент консолидации грунта, м²/сут или м²/год,

принимается равным:

.

p_z - давление, передающееся на твердые частицы (эффективное).

m_v – коэффициент относительной сжимаемости;

k_f – коэффициент фильтрации.

Это и есть уравнение одномерной теории фильтрационной консолидации (уплотнения) грунтовой массы. Решение этого уравнения находят путем применения рядов Фурье и удовлетворения начальным граничным условиям.

Для практики необходимо часто иметь осадку для любого промежуточного времени с момента начала загружения, т.е. s_t. Для определения этой величины вводится понятие степени консолидации. Если принять степень консолидации при полной стабилизированной осадке за единицу, а за время t– u, то

u = s_t / s.