Эффектное и нейтральное давления в грунтовой массе.

Грунты, состоящие из отложений частиц разрушенных горных пород и содержащие в порах воду и воздух, образуют трехфазную систему, в которой сочетаются три вида вещества - твердого, жидкого и газообразного. Если поры заняты только водой и коэффициент влажности W=l, то грунт будет представлять двухфазную систему.

Свободная вода, заполняющая поры грунта, которые представляют собой как бы систему сообщающихся сосудиков, подчиняется законам гидростатики. Здесь каждая частица грунта и воды подвергается всестороннему сжатию, определяемому глубиной их положения ниже горизонта грунтовых вод. Гидростатическое давление в водонасыщенном грунте называют нейтральным, или поровым. Оно не вызывает деформаций грунта, так как происходящее в условиях этого давления объемное сжатие воды и твердых грунтовых частиц чрезвычайно мало, и им пренебрегают.

Частицы грунтового скелета передают внешнюю нагрузку от фундамента и собственного веса нижележащим частицам. Это давление, которое определяют с учетом взвешивающего действия грунтовых вод на частицы и фундамент, распространяется вниз и в стороны по грунтовому скелету его называют эффективным, или межчастичным. Оно вызывает деформации частиц и сложенного из них грунтового скелета, а следовательно, и общую осадку грунтовой толщи.

Сумму этих двух давлений называют полным. Для определения нагрузки от собственного веса грунтового скелета, необходимо знать объемный вес этого скелета; он будет равен весу частиц, содержащихся единице объема грунта, за вычетом веса вытесненной ими воды. Действие взвешивающего давления воды на сооружение учитывают при наиболее низком уровне ее стояния, так как нагрузка на основание здесь будет наибольшей. Однако для сооружений, подверженных действию горизонтальных сил, важно произвести поверочные расчеты их устойчивости на сдвиг и при наиболее высоком положении горизонта воды. В этом случае сопротивление сил трения грунта сдвигу сооружения, зависящее от величины нормального давления на основание, будет меньше, чем при каком-либо другом, более низком положении уровня воды.

Рассматривая грунтовую массу как двух фазную систему, состоящую из скелета - минеральных частиц и поровой воды, введем понятия:

Р_z – эффективное давление, давление в скелете грунта (уплотняет и упрочняет грунт).

Р_w – нейтральное давление, давление в поровой воде (создает напор в воде, вызывая ее фильтрацию).

В любой момент времени в полностью водонасыщенной грунтовой массе имеет место соотношение Р = Р_z + Р_w , где Р – полное давление:

Р_z – на представленной схеме моделируется работой пружины, а Р_w– давление, возникающие в воде.

Рис. Модель грунтовой водонасыщенной массы.

В первый момент времени передачи нагрузки давления передаются на воду, затем в работу включается скелет грунта (пружина).

Тогда можно записать:

при t = 0; Р = Р_w

при t = t1; Р = Р_w + Р_z

при t = ∞; Р = Р_z – это теоретически; практически для того чтобы Р_w ≈0, требуется длительный период времени.

Следует подчеркнуть, что осадка зданий, сооружений может происходить и при Р = Р_z за счет явлений ползучести скелета грунта, т.е. достаточно длительно (см. ниже приведённый график).

Рис. График развития осадки сооружения во времени для глинистого и песчаного основания.

На представленном графике видно, что за период возведения здания осадка сооружения на песчаном основании, практически стабилизировалась. Осадка же здания на глинистом грунте может продолжаться довольно длительно и после срока возведения сооружения (десятки лет). В этом случае скорость протекания осадки будет также зависеть от фильтрационных особенностей глинистого основания (теория фильтрационной консолидации).

Тема 8. Зависимость между нормальным давлением и сопротивлениям грунта сдвигу. Сопротивление грунтов сдвигу, сыпучих и связных грунтов Закон Кулона. Сопротивление грунтов сдвигу связных грунтов. Методы испытания связных грунтов на сдвиг. Принцип линейной деформируемости.