Визначення характеристик міцності грунтів.

Розглянутий в П 8.4. метод дослідження при одноплощинному зрушенні не відповідає складному реальному напруженому стану грунту. Тому останнім часом для визначення характеристик міцності використовують випробування на трьохосьове стискання з використанням стабілометра

Рис.8.6. Схема визначення характеристик міцності в стабілометри.

a)-схема приладу: б)-кола Мора для сипучих грунтів; в)-для зв’язних.

(Рис.8.6. а.З. ст..94 ). Циліндричний зразок грунту в гумовій оболонці вміщають в камеру, де підтримують бічні напруги Ϭ2= Ϭ3 з допомогою ридіни. Вертикальна напруга Ϭ передається ступенями до руйнування або зрушення зразка. За результатами випробувань визначають відносну деформацію зразка за формулою

εz=dhi/h0 ( 8.13).

Dе dh -вертикальна деформація для першого ступеню навантаження; ho-початкова висота зразка.

Площа перерезу визначається за формулою:

Аі=Ао/( 1- εz ) ( 8.14.)

де Ао-початкова площина, Аі-після першого ступеню навантаження.

Величину бічних стискуючих напружень .( девіатор напруг) визначають за формулою:

q=Рі/Аі ( 8.15.)

Де Рі-загальна величина першого ступеня навантаження. За даними досліду будують графік:q=f( ez ) (Рис.8.7.З. ст95.)

Рис.8.7 Залежність девіатора від деформацій.

При таких випробуваннях одночасно можно визначити характеристики стиску та міцності. Згідно Рис .8.8. в межах ділянкі ОА можно визначити модуль деформаціі Е:

E=q.gp.i/ ez gp.i. ( 8.16.)

А також найбільшу напругу Ϭ1.за формулою:…..

Ϭ₁=q.lm + Ϭ2 ( 8.17.)

qlm- -граничне значення девіатора.

Для визначення характеристик міцності сипучих грунтів достатньо виконати одне випробування і побудувати коло Мора ( (Рис.8.6. б.З ) діаметр якого Ϭ1- Ϭ2. Дотична до кола через координати визначити кут внутрішнього тертя φ

sinφ=(Ϭ1- Ϭ2) / (Ϭ1+ Ϭ2) (8.18.)

Для глинистих виконується два випробування при різних значеннях Ϭ2- Ϭ21 та Ϭ22 .

У результаті одержують значення головних напружень Ϭ11 - Ϭ12 (Ϭ21<Ϭ22, Ϭ11<Ϭ12 ). Потім будують два кола Мора (Рис.8.7.в.З),

дотична до яких і визначить кут внутрішнього терт я φ⁰ Та питоме зчеплення грунту. З Рис.8.7. можно побачити, що існує

фіктивний тиск зв’язності Ре=с.сtgφ. Аналітичні вираз і для визначення φ і с мають вигляд:

sinφ=(Ϭ12—Ϭ22)—(Ϭ11—Ϭ21) : (Ϭ12+Ϭ22)- (Ϭ11+Ϭ21) (8.19)

c=Ϭ12.tg2(45⁰- φ/2)—Ϭ22 : 2tg(45⁰--φ/2) ( 8.20 )

Механічні властивості грунту можна визначати за допомогою швидкісних методів: пенетраціі та обертального зріза

Метод пенетрацііоснований на повільному зануренні конічного накінечника на глибину h, що не повинна перевищувати висоту конуса Hkon . Навантаження на конус передають ступенями, при цьому вимірюють глибину занурення, тривалість ступенів однакова-1-2хв. Узагальнені показники результатів пенетраційних досліджень отримують на основі рішень осесиметричної задачі теорії

граничної рівноваги. Для зв’язаних грунтів цим показником є відношення зусилля пенетраціі Р до квадрата глибини занурення конуса і має назву питомого опору пенетраціі R, МПа.Для незв’язаних грунтів використовують показник пенетраціі R н/см,³—відношення зусилля пенетраціі до глибини занурення конуса.На Рис 8.8.(З.ст97) показані графіки пенатраційних випробувань грунтів.

Рис.8.8. Графіки пенетраційних випробувань.

а)-для зв’язних грунтів, б)-для сипучих.

На їх основі визначають питомий опір пенетраціі як тангенс кута осереднюючи прямі до осі координат і розраховують його:

R= (P+(-)Po) : h² ( 8.21 )

Показник пенетраціівизначають за формулою:

U=P+ (-)Po : h³ (8.22 )

Знаки (+) або (-) у формулах ( 8.21.) та ( 8.22.) приймаються відповідно до Рис.8.8., з якого видно, що завжди одержуємо паралельні

прямі 1, 2, 3, для яких питомий опір пенетраціі (R),або показник пенетраціі (U ) постійний. Перевага даного методу—незалежність

від діючого зусилля та відповідної глибини занурення конуса, а з урахуванням констант використаних наконечників - незалежність

від кута іх розкриття. Метод пенетраційних досліджень рекомендують для наступних випадків:

1.Для оцінки зміни стану і механічних властивостей різніх грунтів в залежності від впливу умов (зволоженні, висиханні,

замерзанні, відтаванні, ущільненні тощо ). Ефект впливу визначається відношеннями R/Ro, Uі/Uo одержаних до і після досліду.

2.Для контролю результатів механічних випробувань за традиційними методами;

3. Для виявлення взаемозв'язку між показниками фізичного стану та характеристиками міцності.

Отримані експериментальні дані підлягають статистичній обробці методами статистичної математики.

Так, нормативне значення визначаємого параметра А обчислюють за формулой:

А^N=1/nZ₁ⁿ .Аi (8.23.)

Розрохунково-за формулою:

А^p=А^N/Кs (8.24.)

Кs -коєфіціент безпеки по грунту ( Кs . >=1)

Для визначення нормативних значень характеристик міцності C і φ використовують метод найменших квадратів

С^N=1/D (Z ₁ ⁿ τi Z ₁ ⁿ pi - Z ₁ ⁿ pi Z ₁ ⁿ τ i pi ) (8.25.)

tg φ^N =1/ D ( .n Z τi pi - Z τi Z pi ) (8.26.)

τi-дотичне напруження при тиску рi; D-значення знаменника

D =n Z pi ²– ( Z pi )² (8.27.)

При необхідності можна визначити показник точності значень параметрів C, φ,- ρале для цього потрібно виконати розрахунки

значень середньо квадратичних відхилень C ,tgφ – Ϭc, Ϭtgφ та коефіцієнта варіаціі vпри цьому потрібно використовувати різні нормативні коефіцієнти в залежності від грунту, надійності та інш.

,

ЧАСТИНА І І. ОСНОВи МЕХАНІКИ ГРУНТІВ.

Вступ.

У 1919 р. Терцагі виконав експериментальні дослідження стісливости та міцності однорідних глинистих грунтів та за їх результатами

Сформулювавоснови класичної механіки грунтів.Він вважав ,що через складність властивостей реальних грунтів для більшості практичніх задач можна використовувати приблизні рішення, тому можна обмежуватися методами теоріі лінійної пружності.Дана теорія

виявилася недосконалою при використанні для споруд територій з несприятливими геологічними умовами. Тому у 50 роки Келдишев, а

потім Пельшиним був запропонований новий прицип розрахунків при проектуванні споруд - принцип граничних станів, тобто визначення

гранично допустимих для даної споруди осідань.При цьому можна використовувати сучасні теорії надійності та виконувати сумісний

розрахунок зусиль і деформацій в конструкціях . Такі розрохунки необхідно виконувати з використанням методу кінцевих елементів,

що дозволяє розв’язувати задачі та із застосуванням положень нелінійної механіки.Останні враховують нелінійну поведінку багатьох

параметрів грунтів при їх стисненні та зсуві в реальних умовах.