Современные методы проектирования оснований и фундаментов по группам предельных состояний требуют достоверной оценки показателей прочности грунта – удельного сцепления с и угла внутреннего трения φ.
Под действием внешних сил грунт в основании сооружениях сооружений находится в напряженном состоянии. Если мысленно выделить из массива элементарный объем грунта, то в общем случае он будет испытывать действие нормальных и касательных напряжений. В процессе увеличения нагрузки изменяется их величина и соотношение, происходит деформирование грунта, который на определенном этапе разрушается. Прочность пылевато-глинистых грунтов определяется активностью и числом связей между частицами. На ранней стадии формировании грунта его прочность обусловлена действием межмолекулярных сил, называемых силами Ван-дер-Ваальса, которое проявляется в виде сцепления. Это сцепление, названное первичным, зависит от плотности осадка, слагающего грунт. В результате соединения частиц в агрегаты и их цементации происходит вторичное сцепление упрочения, что способствует «консервации» неуплотненного состояния лессового грунта. Таким образом, прочность пылевато-глинистых грунтов обусловлена влиянием первичного сцепления и сцепления вторичного уплотнения, а также сил внутреннего трения.
|
|
Показателем прочности грунтов является их сопротивление сдвигу, зависящее от физических свойств и напряженного состояния в образце или основании.
Установлено, что в момент перехода от равновесия грунта к его разрушению существует зависимость между сопротивлением сдвигу τ и нормальным давлением р, приложенным к плоскости сдвига, следующего вида
. (2.15)
Доказано, что природа сил сопротивления сдвигу имеет сложный характер. Уравнение (2.15) можно рассматривать как математическое выражение зависимости между τ и р, а величины с и φ, являющиеся параметрами уравнения, могут быть приняты как количественные характеристики прочности грунта.
Многочисленные опыты свидетельствуют о том, что при замачивании лессовых грунтов, в отличии от обычных пылевато-глинистых грунтов, наблюдается существенное уменьшение их удельного сцепления и небольшое снижение силы трения.
Как отмечалось ранее в расчетах оснований, должны использоваться физико-механические характеристики лессовых грунтов, соответствующих определенному значению прогнозируемой влажности. Показатели прочности лессовых грунтов с и φ в инженерной практике определяются в условиях лабораторных испытаний на сдвиг. Определение показателей прочности грунта естественной влажности и в водонасыщенном состоянии обычно не представляется затруднительным. Более сложным является установление прочности при промежуточном значении влажности. В лабораторных условиях она может быть достигнута введением в образец строго дозированного количества воды. Однако для массовых определений прочности грунта на сдвиг такой метод оказывается трудоемким.
|
|
В результате статистической обработки большого количества сдвиговых опытов установлено, что зависимость показателей прочности сw и φw при промежуточном значении влажности w лессовых грунтов может быть выражена через сn и сsat, φn и φsat, соответствующих естественной влажности и водонасыщенному состоянию грунта. Формулы имеют следующий вид:
; (2.16)
; (2.17)
. (2.18)
В отдельных случаях при отсутствии данных непосредственных определений с и φ, нормативные документы допускают использование региональных таблиц, содержащих их нормативные значения (табл. 1).
Нормативные значения удельных сцеплений сn и углов
внутреннего трения φn лессовых грунтов Ростовской области
Таблица 1
Степень Влажности sr | Характеристики грунтов сn, кПаи φn, град. При коэффициенте пористости е, равном | ||||
0,55…0,65 | 0,66…0,75 | 0,76…0,85 | 0,86…0,95 | 0,96…1,05 | |
wp = 12,5…15,4% | |||||
0.4 | 60/26 | 52/25 | 45/24 | 38/23 | 30/22 |
0,6 | 32/25 | 29/24 | 23/23 | 19/22 | 15/21 |
0,8 | 18/24 | 15/23 | 12/22 | 9/21 | 6/20 |
1,0 | 9/23 | 7/22 | 5/21 | 3/20 | 1/19 |
wp = 15,5…18,4% | |||||
0.4 | 65/25 | 59/24 | 53/23 | 42/22 | 36/21 |
0,6 | 35/24 | 31/23 | 28/22 | 21/21 | 18/20 |
0,8 | 20/23 | 17/22 | 15/21 | 10/20 | 9/19 |
1,0 | 12/22 | 9/21 | 7/20 | 6/19 | 4/18 |
wp = 18,5…22,4% | |||||
0.4 | 77/24 | 69/23 | 61/22 | 54/21 | 47/20 |
0,6 | 42/23 | 37/22 | 33/21 | 28/20 | 24/19 |
0,8 | 25/22 | 22/21 | 19/20 | 16/19 | 12/18 |
1,0 | 14/21 | 12/20 | 10/19 | 8/18 | 4/17 |
wp = 22,5…24,4% | |||||
0.4 | - | 78/22 | 69/21 | 59/20 | 54/19 |
0,6 | - | 42/21 | 37/20 | 31/19 | 28/18 |
0,8 | - | 28/20 | 22/19 | 17/18 | 15/17 |
1,0 | - | 14/19 | 12/18 | 10/17 | 8/16 |
Примечание: в числителе приведены значения сn, в кПа, а в знаменателе - φn, в градусах |