+7 (8412) 999-189
8 800 200 1605
(звонок по России бесплатный)

Прочность грунта определяется его сопротивлением сдвигу при действии касательных напряжений и определяется таким состоянием грунта, при котором максимальное касательное напряжение остается постоянным на плоскости скольжения (разрушения). Определяют три различных значения прочности: пиковое, критическое (или предельное) и остаточное.

Испытания грунтов при определении их прочности проводится в лабораторных условиях в приборах различной конструкции: прямого (одноплоскостного среза), трехосного сжатия, чистого сдвига. На рис. по-

Одноплоскостной срез

Чистый сдвиг

казаны схемы испытаний в условиях одноплоскостного среза и чистого сдвига, а на рис. в условиях трехосного сжатия.

Трехосные (осевая симметрия)

Параметры используемые для анализа:

· девиаторное напряжение

· деформация сдвига

· нормальное напряжение

· объемная деформация

· поровое давление

коэффициент пористости

Прямой или чистый сдвиг

Параметры используемые для анализа:

· касательное напряжение

· деформация сдвига

· нормальное напряжение

· объемная деформация

· коэффициент пористости

Невозможно построить круги Мора из испытаний на сдвиг пока не будут

измерены напряжения на вертикальных плоскостях.

Поведение образцов песчаного грунта оказывается различным при их нагружении в условиях осесимметричной и плоской деформации как в характере зависимости , так и форме деформации образца в предельном состоянии. В опытах в условиях осесимметричной деформации предельное состояние характеризуется деформированием песка без упрочнения (рис. 1 а, б, пунктир) при этом форма деформации образца наблюдается в виде «бочки». Напротив, в условиях плоской деформации кривая зависимости имеет пик, который более выражен в плотном песке или высоком значении бокового давления (рис. 1 а, б, сплошная линия).

Рис. 1. Изменение осевой деформации с ростом девиатора напряжений для условий трехосной (пунктир) и плоской деформации (сплошная) для рыхлого (а) и плотного (б) песка (Sterpi D., 2000)

В условиях плоской деформации при достижении пикового значения напряжений наблюдается начало локализации деформаций в узкой зоне. С возрастанием осевой деформации эта зона развивается в полосу сдвига, приводящая к разрушению до остаточной прочности.

Параметры прочности и деформируемости песчаного грунта полученные по различным схемам применительно к условию прочности Мора – Кулона и линейно упругому деформированию: осесимметричное сжатие; плоская деформация; прямой срез приведены в табл. 2, 3.

Табл. 2. Параметры прочности получены в трехосных (ТС), плоской деформации (ПД) и прямого среза (ПС) испытаний /(Sterpi D., 2000) /

Тип испытания Dr, % Значение при разруш.,, град Пиковое значение,, град. Остаточное значение,, град.
ТС 30 32,5
80 36,8
ПД 30 35,7 31,9
80 39,0 33,1
ПС 30 30,2
80 36,3 32,6

Табл.3. Показатели деформируемости в трехосных (ТС) и плоской деформации (ПД) испытаниях / (Sterpi D., 2000) /

Тип испытания Dr, % Секущий модуль деформации, Е50, МПа Коэффициент Пуассона,
Боковое давление, кПа

Боковое давление, кПа
100 200 400 100 200 400
ТС 30 23 19,4 28,8 0,11 0,20 0,16
80 42,7 60 73,4 0,34 0,3 0,3
ПД 30 21,6 39 40 0,29 0,32 0,26
80 63 81 100 0,21 0,25 0,23

Параметры деформации определяются из опытов используя экспериментальные зависимости и , полученные для условий осесимметричной ( 1) и плоской деформации (2)

, (1)

. (2)

Из этих таблиц видно влияние вида испытаний на параметры прочности и деформируемости. Значения секущего модуля деформации Е50 соответствуют 50% максимальной разности напряжений . Испытания показывают на то, что угол внутреннего трения, полученный из испытаний в условиях плоской деформации больше чем значений угла внутреннего трения, полученные из испытаний трехосного сжатия и прямого среза. Модуль деформации оказывается также большим в условиях плоской деформации.

Определение угла внутреннего трения

Угол внутреннего трения , как и силы сцепления являются параметрами условия прочности Мора – Кулона

и определяются из испытаний грунтов в условиях прямого среза и трехосного осесимметричного сжатия при различных уровнях напряжений . Используя результаты трехосных испытаний предельную огибающую Мора – Кулона можно построить различным образом, так как показано на рис. 2 а, б, с.

Рис. 2 . Предельные круги Мора

 

На рис. 2 а, грунт является чисто фрикционным материалом (песок) и его прочность определяется только трением. Условие прочности для каждого круга Мора (напряженного состояния) имеет вид

. (3)

Предельная прямая может быть также получена как лучшая касательная ко всем кругам Мора (рис. 2 б) и условие прочности может быть записано в виде

. (4)

В последнем выражении параметр для песчаного грунта не превышает 2 - 5 кПа и как правило не учитывается. Очевидно, что если использовать метод секущих, то прочность на сдвиг будет переоценена на высоких уровнях напряжений и недооценена на низких уровнях напряжений. Поэтому надежность расчетов прочности будет зависеть от того совпадут или нет условия испытаний грунта в лаборатории с уровнем напряжений в основании сооружений.

С целью учета влияния уровня напряжений на прочность грунта, в особенности на малых уровнях напряжений используются условия прочности предложенные Соколовским. В.В. Предельная огибающая в этом случае имеет различный наклон в области малых и высоких нормальных напряжений.

Дилатанция

При нагружении грунта за характеристическим порогом (рис. 3) грунт при сдвиге расширяется. Расширение грунта при сдвиге или увеличение объема грунта при сдвиге называется дилатанцией. Используя результаты испытаний грунта в условиях трехосного сжатµ РєСЂСѓРіРё РњРѕСЂР°

 

На рис. 2 а, грунт является чисто фрикционным материалом (песок) и его прочность определяется только трением. Условие прочности для каждого круга Мора (напряженного состояния) имеет вид

. (3)

Предельная прямая может быть также получена как лучшая касательная ко всем кругам Мора (рис. 2 б) и условие прочности может быть записано в виде

. (4)

В последнем выражении параметр для песчаного грунта не превышает 2 - 5 кПа и как правило не учитывается. Очевидно, что если использовать метод секущих, то прочность на сдвиг будет переоценена на высоких уровнях напряжений и недооценена на низких уровнях напряжений. Поэтому надежность расчетов прочности будет зависеть от того совпадут или нет условия испытаний грунта в лаборатории с уровнем напряжений в основании сооружений.

С целью учета влияния уровня напряжений на прочность грунта, в особенности на малых уровнях напряжений используются условия прочности предложенные Соколовским. В.В. Предельная огибающая в этом случае имеет различный наклон в области малых и высоких нормальных напряжений.

Дилатанция

РџСЂРё нагружении грунта Р·Р° характеристическим РїРѕСЂРѕРіРѕРј (СЂРёСЃ. 3) РіСЂСѓРЅС‚ РїСЂРё СЃРґРІРёРіРµ расширяется. Расширение грунта РїСЂРё СЃРґРІРёРіРµ или увеличение объема грунта РїСЂРё СЃРґРІРёРіРµ называется дилатанцией. Р