Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1. Составные компоненты грунтов.
Дисперсная система состоит из двух или трех веществ распределенных одно в другом. Грунт при увлажнении представляет собой дисперсную систему, где дисперсной системой является вода, в объеме которой распространены твердые минеральные частицы представляющие собой дисперсную фазу. Могут быть однофазными (гомогенными) и многофазными (гетерогенными).
-Однофазные - системы, где в любой точке внутри занимаемого ими пространства физические свойства остаются постоянными.
-Многофазные – системы, состоящие из различных фаз взаимодействующих между собой по поверхности раздела.
Грунты представляют собой многофазную дисперсную систему. Основные элементы грунтов – твердые частицы, вода и газ.
Твердые частицы – минеральные зерна, различные по форме, составу, размеру; реже из слабо разложившихся растительных остатков.
Жидкие частицы – различные формы воды, с растворенными в ней веществами.
Газообразные частицы – воздух, который часто отличается от атмосферного.
Дисперсность – степень раздробленности. Чем мельче частицы грунта, тем больше дисперсность вещества и тем сильнее выражены определенные свойства дисперсных систем.
По степени дисперсности грунт делится: грубодисперсные, тонкодисперсные, коллоидные.
Увеличение содержания в грунте тонкодисперсных и коллоидных веществ ведет к увеличению суммарной поверхности частиц, а ,следовательно, к увеличению раздела между различными фазами в грунте. Характеристикой степени дисперсности грунтов является их удельная поверхность – это отношение величины суммарной поверхности частиц к занимаемому ими объему. Частицы поперечного размера меньше 0,2мкм называются коллоидными.
2. Схемы одно-, двух- и трехфазного грунтов.
В механике грунтов различают следующие схемы твердой, жидкой и газообразной фаз:
1. Водонасыщеный грунт (поры грунта целиком заполнены водой).
Рис.1
а) частицы грунта, б) пленки связанной воды, в) свободная вода
Находятся грунты, расположенные ниже уровня грунтовых вод, а также слои насыщенные капиллярной водой. Они являются двухфазной системой.
2. Водонасыщеный грунт, включающий пузырьки газа.
Рис.2
Поведение второй системы мало отличается от поведения первой, однако сжимаемость грунтов содержащих газ больше чем сжимаемость водонасыщенных.
3. Твердая фаза распределена в смешанной вводно-воздушной среде. Эти грунты называются трехфазной системой.
Рис.3
В состоянии этой системы находятся грунты в пределах зоны аэрации, подвергающиеся поперечному увлажнению и просушиванию в зависимости от выпадающих атмосферных осадков, колебания уровня грунтовых вод и изменения температуры.
4. Твердая фаза распространена в сплошной газообразной среде, т.е. поры грунта заполнены воздухом. Обычно их рассматривают как однофазные.
Рис.4
3. Виды воды в грунтах и ее свойства.
В зависимости от характера связи со скелетом грунта вода подразделяется на группы:
а) химически связанная, входящая в состав минералов, она подразделяется на конституционную, кристаллизационную и цеолитную.
б)физически связанная, удерживаемая на поверхности минеральных частиц силами имеющими электрическую природу.
Рис. Схема электромолекулярного взаимодействия поверхности минеральной частицы 1 с водой:2 — вода связанная; 3 — вода рыхлосвязанная (осмотическая); 4 — вода свободная
3. Свободная вода.
-капиллярная - передвигающаяся и удерживающаяся в грунте силами капиллярного напряжения, легко удаляется при высушивании.
-гравитационная - впитывается и перемещается под действием силы тяжести, скапливается под водоупорными пластами, образуя подземные и грунтовые воды. Обладает свойствами жидкой воды.
-иммобилизованная - заключается в замкнутых пустотах и находящаяся в состоянии покоя.
4. Вода в твердом состоянии(лед).
4. Плотность грунтов.
1.Плотность грунта.
ρ=m/v
Для дисперсных грунтов колеблется от 1,2 . . . 2,4 г/см3
2. .Плотность сухого грунта.
ρd=ρ/1+0,01W
W – влажность
Максимальное значение ρd :
Для песков: 1,8 г/см3
Для супесей: 1,7 . . .2.0 г/см3
Для суглинок: 1,5. . . 1,8 г/см3
Для глин: 1,5 г/см3
3. Плотность частиц грунта.
ρs=(m-mв)/vт
vт - объем твердой части
среднее значение плотности частиц грунта:
песок 2,65 …2,67 г/см3
супеси 2,68…2,72 г/см3
суглинки 2,69…2,73 г/см3
глина 2,71…2,76 г/см3
торф 1,5…1,8 г/см3
5. Влажность грунтов.
Влажность – это количество воды, содержащиеся в порах грунта, выраженное в процентах от массы грунта.
W=((m-m1) /m1)·100%
m1 – масса высушенного грунта
Влажность, которую имеют грунты в естественном залегании, называются естественной влажностью.
Степень влажности
S r = W/Wmax
Wmax – полное водонасыщение
По степени влияния на физико-механические свойства грунтов различают следующие виды влажности:
1) недостаточная влажность колеблется от гигроскопической до максимальной молекулярной влагоёмкости.
2)оптимальная влажность находится в интервале между максимальной молекулярной влагоёмкостью и границей раскатывания.
3)избыточная влажность колеблется от границы раскатывания до границы текучести.
4)опасная или вредная соответствует влажности выше границы текучести.
6. Типы грунтов, распространенных на территории Беларуси.
Грунт – горные породы различного состава, слагающие верхние слои земной коры и затронутые инженерно-строительной деятельностью человека.
Грунт может выступать в качестве строительного материала, как добавка в строительные материалы, а также в качестве основания для зданий и сооружений.
Классификация грунтов СТБ 943-93:
1) по характеру структурных связей:
- скальные грунты, с жесткими структурными связями (магматические, метаморфические и осадочно-сцементированные породы);
- нескальные грунты, без жестких структурных связей (осадочно-несцементированные, искусственные).
Осадочно-несцементированные делятся на:
а) обломочные, крупнообломочные (валуны, галька, гравий)
б) обломочные, песчаные (пески различной крупности)
в) обломочные, пылевато-глинистые (супеси, суглинки, глины, лёссы)
г) озёрные (ил)
д) биогенные (заторфованные обломочные грунты, торф, сапропель)
ж)почвы
Искусственные делятся на:
а) уплотненные
б) намывные
в) насыпные
2) по условиям формирования и происхождения:
а) континентальные
- элювиальные
- делювиальные
- аллювиальные
- ледниковые
- эоловые
б) морские
Крупнообломочные и песчаные грунты характеризуются хорошей водопроницаемостью, применяют как дренирующий материал, как заполнители для цемента и асфальтобетона. Песок гравелистый, крупный и средний относится к непучинистым грунтам. Песок мелкий с содержанием частиц меньше 0,05мм относится к пучинистым грунтам.
Песчаные пылеватые грунты мало связаны в сухом состоянии, в увлажнённом начинают плыть. Относятся к чрезмерно пучинистым грунтам, поэтому для устройства земляного полотна не используются, но их можно применять в качестве основания.
Супесчаные грунты устойчивы в сухом и влажном состоянии, широко используются для возведения земляного полотна.
Пылеватые супеси в сухом состоянии сильно пылят, при увлажнении плывут, склонны к образованию пучин; в дорожном строительстве не благоприятны.
Суглинистые грунты отличаются связностью, не значительной водопроницаемостью, заметно проявляют пластичность, липкость, набухание; в земляном полотне они могут применяться, но требуют защитных мер.
Суглинистые пылеватые грунты являются чрезмерно пучинистыми, применяются только в сухих местах с принятием мер против избыточного увлажнения.
Глинистые грунты очень пучинистые, не рекомендуется в дорожном строительстве.
7. Водный режим грунтов.
Водный режим складывается из процессов поступления и расходов и передвижения влаги в толщи грунта и земного полотна.
Для поверхностных слоев грунта в условиях естественного залегания характерно три типа водного режима:
1. Промывной – количество поступающих в грунт осадков превышающих величину испарения и поступления воды из нижележащих слоев грунта. Вода просачивается до уровня грунтовых вод. Режим характерен для северных районов с избыточным увлажнением.
2. Непромывной – количество возникающей в грунте воды не достаточно для насыщения своей толщины грунта до уровня грунтовых вод. Вблизи дневной поверхности образуется горизонт подвешенный к капиллярной влаге. Между уровнем грунтовых вод и капиллярно-увлажненным грунтам расположен слой грунта с постоянной низкой влажностью, характерно для смежных районов с недостаточным увлажнением.
3. Выпотной – испарение превышает количество выпадающих осадков. Испаряющаяся вода поднимается из грунта грунтовыми водами. Такой режим характерен для сухих районов с близким залеганием грунтовых вод
Источниками служат атмосферные осадки, поверхностные воды, капиллярные воды.
Рис. Источники увлажнения земляного полотна. 1 – атмосферные осадки; 2 – поверхностная вода (вода в боковых канавах); 3 – капиллярная вода от уровня грунтовых вод; 4 – парообразная вода
В зависимости от источников увлажнения земного полотна авт. дороги существуют 3 схемы расчета накопившегося количества влаги в земном полотне за зимний период.
1.Сухие места с обеспеченным стоком поверхностных вод, глубоким залеганием грунтовых вод и малым количеством осадков.
2.Районы с достаточным кол-вом осадков и с затруднённым стоком воды. Накопление влаги происходит за счёт передвижения плёночной и капиллярно-подвешенной воды.
3.Постоянно сырые места с ближайшим расположением уровня грунтовых вод. Накопление влаги происходит из-за очень насыщенных капил. воды и уровня грунтовых вод.
8. Закономерности сжимаемости грунтов. Закон уплотнения.
Сжимаемость грунта – способность изменять своё строение под влиянием внешних воздействий за счёт изменения пористости.
Сжимаемость – свойство грунта изменять свое строение за счет уменьшения пористости под влиянием внешних воздействий (прикладываемой к грунту нагрузки, сил капиллярного натяжения при высыхании и т.п.). Уменьшение пористости грунта вызывают факторы: местные сдвиги и более компактная упаковка твердых частиц, изменение толщины водно-коллоидных оболочек (в том числе и при высыхании); ползучесть скелета грунта, вызванная искажением формы кристаллических решеток и вязкого течения прочно связной воды.
Величина бокового давления характеризуется коэффициентом бокового давления – отношение приращения бокового давления к приращению сжимаемого усилия.
Для песков = 0,27 0,37
суглинок = 0,6
глины = 0,7 0,82
Проинтегрировав:
с – постоянная интегрирования, равная боковому давлению грунта на стенку до приложения перв. нагрузки.
Если грунт первоначально находился в рыхлом состоянии, то влиянием собственного веса грунта можно пренебречь. P0= 0, c= 0, q= P.
Если рассматривать сухой грунт с интенсивным послойным уплотнением, то создаётся первоначальное боковое давление на стенки. с= q0, q= P+q0
Если нагрузка даётся на уплотнённый, влажный, связанный грунт, то капиллярное давление препятствует деформации бокового расширения.
с=-PK, q=P-PK
Сжимаемость грунта в условиях невозможности бокового расширения называется компрессионной.
Зависимость между коэффициентом пористости и давлением на грунт а условиях компрессионного сжатия характеризуется компрессионной кривой.
e=αP=A
Рис7
А – величина, измеряемая отрезком, отсекаемым прямой линией по оси ординат;
α – коэффициент сжимаемости
Коэффициент сжимаемости равен отношению изменения коэффициента пористости к величине действующего давления.
При небольших изменениях уплотняющих давлений изменение коэффициента пористости прямопропорционально изменению давления.
e1-e2=α(p2-p1)
Компрессионная кривая состоит из сжатие к ветви расширение, т.е. разгрузка или декомпрессия.
Ветвь расширения может характеризовать возможное набухание грунта после нагрузки.
ер мм/м
l0 – относительная деформация равная отношению абсолютной величины сжатия образца ∆h к его первоначальной высоте.
Под модулем осадки понимают величину осадки слоя грунта мощностью 1 м под заданной нагрузкой.
Характеристика сжимаемости грунтов
|
Коэффициент сжимаемости α |
Модуль осадки ep, мм/м |
Сжимаемость грунта |
|
<0,001 |
<1 |
практически не снижается |
|
0,001…0,005 |
1…5 |
слабая |
|
0,005…0,01 |
5…20 |
средняя |
|
0,01…0,1 |
20…60 |
повышенная |
|
>0,1 |
>60 |
сильная |
Принцип линейной деформируемости заключается в том, что при небольших изменениях давления грунт можно рассматривать как линейно-деформируемое тело. Справедливо это для грунтов средней уплотнённости, для слабых грунтов исходящих из линейной деформации.
Зависимость величины деформации от величины приложения нагрузки.
Деформация грунта l от тяжёлой нагрузки Р1, за время t1= деформация от меньшей нагрузки Р3, но более длительного действия.
9. Общие сведения и классификация горных пород
Горные породы представляют природный агрегат одного (мономинеральные) или нескольких (полиминеральные) минералов или скопление обломков последних. Каждой породе свойственно известное постоянство химического и минерального состава, структуры, а иногда и условий залегания в земной коре. Изучением горных пород занимается наука петрография.
По своему происхождению горные породы делятся на три типа: магматические, осадочные, метаморфические. Осадочные породы располагаются непосредственно на поверхности Земли, покрывая собой в большинстве случаев магматические и метаморфические породы.
Магматическими (изверженными, эндогенными) горными породами называются горные породы, которые образовались в результате кристаллизации магмы при ее остывании в недрах Земли или на ее поверхности. В зависимости от условий, в которых происходило охлаждение и застывание магмы, горные породы делятся на интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся).
В земной коре магматические породы составляют 95 % общей массы горных пород. Магматические породы характеризуются особыми формами залегания и строения. Застывая на значительной глубине, магма образует массивные тела больших размеров – батолиты, лакколиты, штоки, а по трещинам пород, в которые она внедряется, также жилы, дайки. Эффузивные магматические породы образуют покровы, жилы. Классификация магматических пород, кроме деления на интрузивные и эффузивные, основана также на содержании в них кремнезема в пересчете на SiO2. В зависимости от процентного содержания в магматических горных породах SiO2 они делятся на: кислые (75-65 %); средние (65-52 %); основные (52-40 %); ультраосновные (менее 40 %).
Свойства пород зависят от особенностей их внутреннего строения и сложения в массиве.
Структура – особенность внутреннего строения породы, обусловленная формой, размерам, количественным соотношением ее составных частей – минералов. В магматических породах различают ряд структур, в частности: зернистые, типичные для глубинных пород полукристаллические (совместное нахождение кристаллов и аморфного стекла); стекловатые, типичные для излившихся пород и др.
Текстура (сложение) характеризует пространственное расположение частей породы в ее объеме. Для магматических пород характерны следующие текстуры: массивная – равномерное, плотное расположение минералов;полосчатая - чередование в породе участков различного минерального состава или различной структуры; шлаковая – порода, содержащая видимые глазом пустоты и т.д.
Осадочные горные породы образуются из различных осадков обломочного, органического, химического и смешанного состава. Несмотря на то, что осадочные породы составляют всего 5 % земной коры, земная поверхность на 75 % своей площади покрыта именно этими породами, в связи с чем, строительство и производится в основном на осадочных породах. Инженерная геология этим породам уделяет наибольшее внимание.
Характерными признаками осадочных пород являются слоистость и форма залегания.
Структуры осадочных пород очень разнообразны. Для рыхлых пород характерны обломочные структуры, для сцементированных пород – брекчиевидные. Породы, состоящие из хорошо сохранившихся окаменелых раковин, имеют биоморфную структуру; породы, состоящие из обломков скелетов организмов, имеют детритусовую структуру; структура пород химического происхождения, как правило, зернистая и т.д.
Текстура осадочных пород может быть массивной, слоистой, макропористой, кавернозной и др.
Существует много классификаций осадочных пород. В зависимости от условий образования осадочные породы подразделяют на следующие группы: обломочные, органогенные, хемогенные и смешанного происхождения.
1 Обломочные породы. Породы обломочного происхождения состоят из продуктов механического разрушения магматических и метаморфических пород, а также ранее образовавшихся осадочных пород.
По происхождению обломочные породы могут быть морскими, озерными, речными, ледниковыми, эоловыми (ветровыми) и др.
Кроме этого обломочные породы разделяют на рыхлые и сцементированные. Рыхлые обломочные породы в природных условиях могут подвергаться цементации за счет веществ, выделяющихся циркулирующих водных растворов; в поры может вносится пылеватый и глинистый материал. Цемент по своему составу может быть кремнеземистым, железистым, известковым, глинистым и др.
Классифицируют эти породы по размерам обломков, степени их окатанности, цементации, минералогическому составу.
2 Хемогенные породы. Образовались в результате выпадения солей из водных растворов либо в результате химических реакций, происходящих в земной коре. Они подразделяются на следующие группы: карбонатные, кремнистые, галоиды, сернокислые и др. К таким породам относятся различные известняки, доломит, ангидрит, гипс, каменная соль и др.
3 Органогенные породы. Образуются в результате накопления остатков организмов и растений на дне водоемов. Наиболее распространенными из них являются известняки, диатомит, клаустобиолиты (торф, уголь) и др.
4 Породы смешанного происхождения. Довольно широко распространены у поверхности земли. Образуются частично из обломочного материала, а частично из органогенного или хемогенного. Наиболее распространенной породой смешанного происхождения является мергель.
Метаморфические породы образуются в земной коре из осадочных и магматических пород под воздействием значительного давления, высоких температур и химически активных веществ (газов, паров, растворов).
В результате проявления метаморфизма изменяется минералогический состав пород, их структура и текстура, а тем самым и свойства первоначальных пород. Различают два основных типа метаморфизма горных пород: контактовый, протекающий под действием тепла, выделяющихся растворов и газов из магмы, внедрившейся в толщу осадочных пород, и глубинный, или региональный, происходящий в глубоких зонах земной коры под влиянием значительного давления и высоких температур.
При метаморфизации присущие магматическим и осадочным породам формы залегания нередко сохраняются, но резко изменяется минеральный и химический состав, текстура и структура.
Типичными контактово-метаморфическими породами являются роговики, скарны. В результате проявления регионального метаморфизма образуются различные кристаллические сланцы, кварциты, мраморы, гнейсы и др.
10. Сопротивление грунтов сдвигу. Закон Кулона.
Предельным сопротивлением сдвигу (растяжению) называется способность грунта противостоять перемещению частей грунта относительно друг друга под воздействием касательных и прямых напряжений. Этот показатель характеризуется прочностными свойствами грунтов и используется в расчетах оснований зданий и сооружений. Способность грунта воспринимать нагрузки не разрушаясь, называют прочностью. В песчаных и крупнообломочных несвязных грунтах сопротивление достигается в основном за счет силы трения отдельных частиц, такие грунты называют сыпучими. Глинистые грунты обладают более высоким сопротивлением к растяжению (сдвигу), т.к. наряду с силой трения сдвигу противостоят силы сцепления: водно-коллоидные и цементационные связи (связные грунты). В строительстве этот показатель важен при расчете оснований фундаментов и изготовлении земляных сооружений с откосами.
Под действием вертикальной сжимающей силы (Р) на грунт в любой точке массива грунта возникают также горизонтальные (сдвигающие) силы (Т). Под действием внешней нагрузки в отдельных точках (областях) грунта эффективные напряжения могут превзойти внутренние связи между частицами грунта, при этом возникнут скольжения (сдвиги) одних частиц или агрегатов их по другим и может нарушиться сплошность грунта, т.е. прочность грунта будет превзойдена.
Внутренним сопротивлением, препятствующим перемещению (сдвигу) частиц в идеально сыпучих телах (чистые пески) будет лишь трение, возникающее в точках контакта частиц. В связных же грунтах перемещению частиц будут сопротивляться внутренние структурные связи и вязкость вводно-коллоидных оболочек частиц. Пока эффективными напряжениями внутренние связи не преодолены, связный грунт будет вести себя как квазитвердое тело, обладающее лишь упругими силами сцепления. Под силами сцепления подразумевается сопротивление структурных связей всякому перемещению связываемых ими частиц независимо от величины внешнего давления.
Определение показателей сопротивления сдвигу грунтов имеет первостепенное значение для практики, так как они обуславливают точность инженерных расчетов по определению предельной нагрузки на грунт.
Определить сопротивление грунта сдвигу можно несколькими способами: прямого плоскостного среза; простого одноосного сжатия; трехосного сжатия на приборе стабилометре; вдавливания шарового штампа; лопастные испытания.
Рис
σ– нормальное напряжение;
τ – касательное напряжение;
Смещение грунтовых частиц становиться возможным, когда касательные напряжения преодолевают удерживающие связи в точках контакта.
Графики зависимости касательного напряжения от нормального.
Рис
φ – угол наклона прямой к оси абсцисс, характеризующий угол внутреннего трения грунта;
С – отрезок от пересечения прямой и оси ординат, характеризующий удельное сцепление между частицами;
ψ – угол сдвига.
Сопротивление грунта сдвигу характеризуется коэффициентом сдвига.
Для различных грунтов значения С и φ находятся в различных соотношениях, по этому признаку грунты делятся на 3 группы:
1.Грунты, в которых внутреннее трение значительно превосходит сцепление и последним можно пренебречь (пески всех типов при любой влажности) С=0, - закон Кулона для сыпучих грунтов: «Предельное сопротивление сыпучих грунтов сдвигу, есть сопротивление трению, прямопропорционально нормальному давлению».
2.Грунты, обладающие как трением, так и сцеплением. Причём каждый член уравнения имеет существенное значение. Закон Кулона для связных грунтов: «Предельное сопротивление связных грунтов сдвигу при завершённой их консолидации есть функция 1-ой степени от сжимающего напряжения (супеси, скрыто-пластичные глины, пылеватые пески)».
3.Грунты, имеющие преимущественно сцепление (пластичные глины, суглинки, мёрзлые грунты) φ=0, τ.=С.
11. Природные напряжения в грунтах.
Напряжения от собственного веса грунта (или природные) определяются для оценки природной уплотненности грунтов и свеженасыпанных земляных сооружений.
Напряжение в слоистом массиве от собственного веса грунта.
1.Грунт с модулем деформации изменяющимся по глубине.
Для линейно деформируемого бесконечного полупространства, модуль которого изменяется прямопропорционально длине, при нагрузке сосредоточенной силы применимы формулы О.К.Фрелиха:
P – удельное давление по подошве штампа; α – угол, образуемый вертикальной осью и прямой, соединяющей рассматриваемую точку с любой точкой на окружности; νk – коэффициент концентрации напряжений, характеризующий рассеивание напряжений по глубине и их сосредоточение в близи линии действия силы.
Чем больше νk, тем больше напряжение по линии действия силы и тем быстрее проходит затухание по мере удаления в сторону.
2.Анизотропные грунты.
Для определения напряжений при действии линейной нагрузки пользуются формулами К.Вольфа:
q – нагрузка на глубину длины загруженной линии; R – расстояние от загруженной линии до рассматриваемой точки
, E2 и E1 – модули деформации в горизонтальном и вертикальном направлении.
3.Многослойные системы.
Давление от собственного веса грунта называется бытовым или природным.
Рис
Если у нас грунты с разной плотностью, то формула примет вид
В водоносных грунтах вычисление удельного веса производится с учетом взвешивающей силы воды
, e – коэффициент пористости.
В глинах и суглинках с IL<0.25 взвешивающее воздействие воды можно не учитывать.
12. Причины потери устойчивости склонов и меры борьбы с ними
Под оползнем понимается более или менее медленное смещение грунтовых масс вниз по склону под действием силы тяжести. Обычно это явление связано с нарушением естественной структуры грунта.
Оползни чаще всего образуются по берегам рек, озер, на склонах возвышенностей, сложенных рыхлыми породами и при наличии в их основании водоупорного слоя, обнажающегося в откосе. В жестких породах оползни возможны при наличии уклона склона или трещин, разбивающих породы. В глинистых породах оползни могут образовываться и при горизонтальном залегании, этому способствует суффозия.
Причинами, ускоряющими возникновение оползней, могут служить землетрясения, сильные дожди, подмыв склона рекой, а также деятельность человека, в частности строительство. Т.е. оползни происходят в том случае, когда возникающие по тем или иным причинам в массе грунта вблизи откоса сдвигающие (касательные) напряжения оказываются более высокими, чем те, которые может противостоять грунт.
Следовательно, развитие оползневых явлений происходит в тех случаях, когда активизируются сдвигающие силы и когда ослабевают силы сопротивления. Чаще всего оба эти фактора действуют одновременно.
С точки зрения первичной оценки степени устойчивости все склоны могут быть подразделены на три категории.
Формы нарушения устойчивости склонов и откосов весьма разнообразны и связаны с литологическим строением склона, с режимом подземных и поверхностных вод, с атмосферными явлениями.
В зависимости от вида деформации склона применяются разнообразные методы противооползневой защиты. Борьба с оползнями обычно сложна и не всегда успешна. Поэтому при строительстве необходимо учитывать возможность возникновения оползневых процессов и принимать меры по укреплению склонов заранее. В случае, когда сооружение уже существует и есть вероятность деформации склона, необходим мониторинг оползнеопасного склона.
При проектировании зданий и сооружений в сложных инженерно-геологических условиях необходимо предусматривать меры, обеспечивающие требуемые эксплуатационные качества и долговечность зданий. Это достигается либо путем создания надежного основания, исключающего появление недопустимых деформаций объекта строительства, либо применением специальных конструкций зданий, приспособленных к повышенным неравномерным деформациям.
Надежное основание, исключающее появление недопустимых деформаций объекта строительства, можно создать путем его предварительной подготовки. Широкое распространение получили такие способы подготовки оснований, как механическое уплотнение грунта тяжелыми трамбовками, замена грунтов уплотненной грунтовой подушкой, предварительное замачивание грунта в сочетании с глубинными взрывами, прорезка посадочной толщи сваями, уплотнение массивов грунтовыми или щебеночными сваями, химическое и термическое закрепление и другие.
13. Влагоемкость и водопроницаемость. Водопоглощение и водонасыщение.
Влагоемкость- способность вмещать и удерживать в себе определенное количество воды при возможности свободного ее вытеснения под действием силы тяжести.
По степени влагоемкости грунты делятся:
1. очень влагоемкие (торф, глина, суглинок)
2. слабоемкие (супеси, мелкозернистые пески)
3. не влагоемкие (скальные грунты, крупнозернистые пески)
Различают влагоемкость:
1. капиллярная, характеризуется влажностью грунта, соответствующую полному заполнению капиллярных пар водой.
2. максимальная молекулярная влагоемкость- максимальная количество пленочной воды удерживаемой грунтом.
3. гигроскопическая влагоемкость- количество воды поглощаемой грунтом с выделением тепла.
Водопроницаемость грунта называется его способность пропускать через свою толщу воду. Характеризуется коэффициентом фильтрации.
м/cум
Кф10- коэффициент фильтрации при t=10°
864- переводной коэффициент из см в секунду в метрах, в сутки
h- высота образца
Т=0,7+0,03Тф- температурная поправка
S- наблюдаемое падение воды в пьезометре
Но- начальный напор
- безразмерный коэффициент, определяемый по таблице
Водопоглощение- способность грунта поглощать и удерживать воду при обычных условиях.
Водонасыщение- способность грунта максимально поглощать воду при вакууме или под давлением.
Отношение величины водопоглащения к величине водонасыщения называется коэффициентом водонасыщения.
14. Критические нагрузки на грунт.
Фазы работы грунта под нагрузкой:
Рис
1-ая фаза – фаза уплотнения, работа грунта происходит в условиях обеспеченной плотности.
2-ая фаза – фаза местных сдвигов, при дальнейшем увеличении нагрузки начинается прогрессирующее нарастание осадки, а в краевых зонах – локальное нарушение прочности грунта.
При слиянии этих зон с дальнейшим увеличением давлении образуется уплотнённое ядро. нагрузка, соответствующая 1-ой и 2-ой фазам называется критической.
3-я фаза – фаза выпирания, при достижении Р5=РПР наступает предельная критическая нагрузка при которой преобладает сдвигающее напряжение τ. Уплотнённое ядро раздвигает окружающий грунт, образуется поверхность скольжения, по которой грунт смещается и происходит выпирание грунта из-под нагруженной площадки, сопровождающее её резким погружением.
Критическое и предельное давление
Рис
Начальное критическое давление: формула Пузыревского:
- пригрузка от слоя грунта с объёмным весом и высотой h расположенного выше плоскости приложения нагрузки.
Начальное критическое давление – нагрузка такой интенсивности, при которой заканчивается процесс уплотнения грунта, и начинает формироваться упругое ядро и площадки сдвига.
Касательное и нормальное напряжение для появляющихся площадок сдвига связаны условием предельного равновесия.
Для идеально связных грунтов
Эта формула используется для определения давления для глинистых грунтов с малым углом внутреннего трения 5 7
Предельное критическое давление характеризуется таким состоянием грунтов основания, при котором полностью заканчивается развитие областей предельного равновесия.
Сопротивление сдвигу и несущая способность грунта в зонах предельного равновесия в этот момент достигает предельного значения.
Для решения этой задачи используют приближенный прием. Он заключается в том, что задаются такими очертаниями поверхности скольжения, которые практически совпадают с точными. Получают их из результатов численного решения системы дифиренциальных уравнений предельного равновесия.
, где A, B, C – функции угла внутреннего трения, которые берутся из таблиц, q – удельное давление пригрузки, r – радиус площадки.
На основе решения плоской задачи теории предельного равновесия получены выражения для предельной критической нагрузки:
Значение безразмерных коэффициентов и берутся из таблиц.
15. Геологическая деятельность моря. Абразионная работа моря и борьба с ней
В морских бассейнах протекают сложные процессы энергичного разрушения (абразия), перемещения продуктов разрушения, отложения осадков и формирования из них различных осадочных горных пород. Современные морские отложения имеют индекс mQ.
В прибрежной зоне морские осадки (обломочные горные породы) формируются как за счет продуктов разрушения берегов, так и за счет привноса материала ветром и особенно реками. В результате образуются такие осадочные породы, как пески, илы, алевриты, глины и т.п.
В морях обитают многочисленные организмы, имеющие твердые скелеты (раковины, панцири), состоящие из СаСО3 и SiO2n∙Н2О, что дает органические осадки, переходящие в органические горные породы (коралловые и ракушечные известняки, диатомиты и т.д.).
Морская вода богата солями, поэтому среди морских отложений большое место занимают отложения химического происхождения (доломиты, различные соли, фосфаты и др.).
Геологическая деятельность моря в виде разрушения горных пород, берегов и дна называется абразия. Основную разрушительную работу совершает морской прибой и в меньшей степени морские течения. В борьбе с абразией используют ряд способов. По принципу работы берегоукрепительные сооружения можно разделить на активные и пассивные.
К пассивным сооружениям относят волноотбойные стенки вертикального типа, пляжи; к активным – буны и волноломы.
Рис.
16. Устойчивость откоса идеально сыпучего грунта.
Для определения высоты вертикального грунтового откоса представим, что откос закреплен подпорной стенкой, тогда активное давление грунта на подпорную стенку
a=0 →
Если откос сложен сыпучим грунтом, у которого удельное сцепление с=0,то предельное равновесие выразится формулой
или
Значит, устойчивость откоса обеспечивается в том случае, если угол естественного откоса равен углу внутреннего трения.
17. Устойчивость откоса идеально связного грунта.
Для определения высоты вертикального грунтового откоса представим, что откос закреплен подпорной стенкой, тогда активное давление грунта на подпорную стенку
a=0 →
Если откос наклонен к горизонтали под углом β, то его предельная высота
Формулы справедливы для однородных связных грунтов.
18.Движение горных пород на склонах рельефа местности. Осыпи, обвалы, лавины, оползни. Основные направления предупреждения склоновых процессов и меры борьбы с ними.
Под оползнем понимается более или менее медленное смещение грунтовых масс вниз по склону под действием силы тяжести. Обычно это явление связано с нарушением естественной структуры грунта.
Оползни чаще всего образуются по берегам рек, озер, на склонах возвышенностей, сложенных рыхлыми породами и при наличии в их основании водоупорного слоя, обнажающегося в откосе. В жестких породах оползни возможны при наличии уклона склона или трещин, разбивающих породы. В глинистых породах оползни могут образовываться и при горизонтальном залегании, этому способствует суффозия.
Причинами, ускоряющими возникновение оползней, могут служить землетрясения, сильные дожди, подмыв склона рекой, а также деятельность человека, в частности строительство. Т.е. оползни происходят в том случае, когда возникающие по тем или иным причинам в массе грунта вблизи откоса сдвигающие (касательные) напряжения оказываются более высокими, чем те, которые может противостоять грунт.
Следовательно, развитие оползневых явлений происходит в тех случаях, когда активизируются сдвигающие силы и когда ослабевают силы сопротивления. Чаще всего оба эти фактора действуют одновременно.
С точки зрения первичной оценки степени устойчивости все склоны могут быть подразделены на три категории.
Формы нарушения устойчивости склонов и откосов весьма разнообразны и связаны с литологическим строением склона, с режимом подземных и поверхностных вод, с атмосферными явлениями.
Горные породы, слагающие склоны, очень часто находятся в неустойчивом положении. При определенных условиях и под влиянием силы тяжести они начинают смещаться вниз по склонам. В результате этого возникают осыпи, курумы, обвалы и оползни. В результате движения горных пород на склонах у подножья накапливаются продукты осыпания – глыбы, щебень, более мелкие обломки.
Оползни – это скользящее смещение горных пород на склонах под действием гравитации и при участии поверхностных или подземных вод. Большое влияние на развитие оползневых процессов оказывает геологическое строение и литологический состав пород склона. Кроме этого сползание может возникнуть в результате деятельности человека.
Отложения, возникшие в результате смещения пород вниз по склону под действием силы тяжести, называются коллювиальными cQ. Оползневые отложения имеют индекс dpQ.
19. Активное и пассивное давления.
Давление грунта называется активным, если подпорная стенка сдвигается по направлению от грунта, в противном случае – пассивное давление грунта.
Рис.15
Рассмотрим максимальное давление сыпучих грунтов на подпорную стенку
Z – расстояние от поверхности до рассматриваемой площадки
- сжимающее напряжение
Активное давление рассмотрим как площадь давления
Равнодействующая давления приложена на 1/3 высоты от низа подпорной стенки.
Для связных грунтов:
Для определения давления на подпорную стенку заменяем действие сил сцепления равномерным давлением связности.
20. Давление сыпучего грунта на подпорную стенку.
Рассмотрим максимальное давление сыпучих грунтов на подпорную стенку
Рис.17
Z – расстояние от поверхности до рассматриваемой площадки
- сжимающее напряжение
Активное давление рассмотрим как площадь давления
Равнодействующая давления приложена на 1/3 высоты от низа подпорной стенки.
21. Давление связных грунтов на подпорную стенку.
Для связных грунтов:
Для определения давления на подпорную стенку заменяем действие сил сцепления равномерным давлением связности.
Рис18.
22. Общие понятия о реологии. Изменение осадок во времени.
Реология – наука изучающая протекание деформаций различных материалов во времени под действием приложенных к ним сил.
Релаксация грунта – постепенное уменьшение напряжений в результате перехода упругих деформаций в пластические при длительном действии нагрузок.
Ползучесть – нарастание деформаций во времени при действии на грунт постоянной нагрузки.
Различают:
Рис. 19 Кривые ползучести.
Стадии:
а-в – неустановившаяся ползучесть, происходит закрытие микротрещин, уплотнение грунтовых частиц. в-с – неустанавившаяся ползучесть или классическое течение с постоянной скоростью деформации. Происходит перестройка структуры при неизменном объёме грунта. с-d – прогрессирующее течение с возрастающей скоростью деформации (увеличивается объём грунта, уменьшается его общее сопротивление из-за появления новых микротрещин, что приводит грунт к хрупкому разрушению или вязкому течению, сопровождающемуся выдавливанием в стороны от нагруженной поверхности.
На основании кривой ползучести различают характерные показатели грунта.
Рис20
RСТО - мгновенная прочность соответствующая мгновенному сопротивлению грунта в начале сопротивления
RСТt – временная прочность
RCЖдл – длительная прочность, наименьшего предела при релаксации напряжений ниже которого R грунта постоянное.
Скорость протекания осадки во времени является очень важным показателем. Значительная скорость приводит к разрушению конструкции при меньших скоростях возникают меньшие деформации ползучести.
При уплотнении грунтов нагрузка должно преодолеть сопротивление воды вытесняемой из пор грунта, а также сопротивление, связанное с деформированием грунтового скелета и связной воды.
Процесс сжатия условно делят на 2 этапа:
- первоначальный (фильтрационный)
- вторичный (консолидационный)
Дифференциальное уравнение теории фильтрационных консолидаций в условиях одномерной задачи
- коэффициент консолидации грунта
kф - коэффициент фильтрации
e1 - коэффициент пористости грунта до приложения нагрузки
a - коэффициент уплотнения
P и W - давление, передающееся на грунтовый скелет и воду
- удельный вес воды
St - величина осадки сжимаемого слоя
h - толщина сжимаемого слоя
e - основание ln
k - коэффициент степени консолидации
Для ускорения сжатия водонасыщеного основания применяют несколько способов:
1.Увеличение давления на сжимаемый слой. Введение более узкой, но высокой насыпи.
2.Уменьшение толщины сжимаемого слоя, частичное выторфовывание.
3.Сокращение пути фильтрации выжимаемой воды, с помощью устройства вертикальных дренажей.
23. Лессовые грунты, их просадочность и свойства.
Лессовые породы представлены суглинками, реже – супесями. Среди них различают лесс (первичное образование) и лессовидные суглинки (переотложенные первичные образования). Для лессов типична однородность. Лессовидные суглинки обычно слоисты и могут содержать обломки различных пород. Лессовые грунты бывают палевой, палево-желтой или желто-бурой окраски.
Просадочность – явление, характерное для многих лессовых пород. Просадка связана с воздействием воды на структуру пород с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самой породы или при суммарном давлении собственного веса и веса объекта. Уплотнение пород приводит к опусканию поверхности земли в местах замачивания водой. Форма опускания зависит от особенностей источника замачивания.
Просадочность – способность конкретных пород резко уменьшать свой объём при замачивании их водой под определённым давлением.
Просадочность – типичное свойство лесов и лессовых пород, но может наблюдаться и в мёрзлых породах, в сухих мелкозернистых песках.
Степень просадочности оценивается по величине относительной просадочности.
где h – начальная высота;
– высота образца после уплотнения нагрузкой Р.
hP – высота образца после замачивания под той же нагрузкой.
Кроме этого порода может характеризоваться коэффициентом макропористости:
EM=EP – EP’
EP – коэффициент пористости до замачивания;
EP’ – коэффициент пористости после замачивания.
Коэффициент просадочности:
h – начальная высота;
∆h1 – уменьшение высоты образца при естественной влажности под нагрузкой Р;
∆h2 – уменьшение высоты образца под той же нагрузкой после замачивания;
Для получения сравнительных характеристик пород принято определить просадочность при стандартной нагрузке 0,4 МПа.
24. Понятие о зерновом и микроагрегатном составе грунтов.
Структура грунтов.
Под структурой грунтов понимается размер, форма, количество соотношений слагающих элементов и характеристики взаимодействия других.
Структура
|
Макроструктура |
Микроструктура |
|
все особенности макросложения глинистых и пылевидных пород. При этом форма и размеры, пористость различимы не вооруженным взглядом. |
размер, форма, количественное соотношение микроарегатов и характерном их положении. Размеры ≤5 микрон. |
Структурные связи грунта формируются в результате длительных физических и химических процессов происходящих в земной коре.
Форма и размеры грунтовых частиц.
Гравийные частицы(40-2мм)- окатанные или щебнистые обломки горных пород не обладающие связанностью в сухом состоянии. Водопроницаемость достигает более 100 м в сутки. Капиллярное перемещение отсутствует. При наличии более 30% гравийных частиц грунту придается прочность и устойчивость.
Песчаные(2-0,05 мм)- окатанные обломки минералов, реже г.п. Не обладающие связностью. Значительная водопроницаемость. Капиллярное поднятие не велико. Усадка, пластичность, липкость отсутствует.
Пылеватые(0,05-0,001)- по минимальному составу чаще всего кварц, реже полевой шпат. Характеризуются крайне слабой вязкостью в сухом состоянии, не пластичны. Способность за короткое время поднимать воду по капиллярам до 3м. Отличаются способностью легко переходить в плывунное состояние. Водопроницаемость не значительная.
Глинистые(<0,001)- представляют собой смесь глинистых и других минералов. Практически водонепроницаемы, обладают большой влагоемкостью. В сухом состоянии обладают связностью. В большой степени проявляются: липкость, пластичность, набухание, водоудерживающая абсорбирующая способность.
Под гранулометрическим или зерновым составом понимается количественное соотношение разных фракций в дисперсных грунтах. То есть грунтовой состав показывает, какого размера частицы и в каком содержании в породе.
Методы гранулометрического анализа
|
прямые |
косвенные |
|
1.ситовый метод - применяют для крупнообломочных и песчаных грунтов; |
1. ареометрический - в этом методе проводится измерение плотности суспензии через определенные промежутки времени, затем измеряется количество содержащихся в грунте частиц |
|
2. пипеточный – основан на учете скорости падения частиц в жидкой среде, применяется для пылеватых и глинистых грунтов |
2.метод С.И Рутковского позволяет определить песчаную, глинистую и пылеватую фракции; |
|
3. метод отмучивания - основан на учете скорости падения частиц в жидкости после взмучивания. |
3. визуальный чисто субъективный метод. |
Изображение и описание зернового состава.
Результаты грананализа сводим в таблицу, по каждой строим график. Он представляет собой суммарную кривую. По оси ординат откладывается суммарные % содержания фракций, по оси абсцисс данные замеров частиц. По суммарной кривой можно оценить эффективный диаметр частиц грунта, применяемый в расчетах коэффициента фильтрации. Также по суммарной кривой определяют коэффициент неоднородности.
25. Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения.
Метод круглоцилиндричесхих поверхностей скольжения широко применяется на практике, так как дает некоторый запас устойчивости и основывается на опытных данных о форме поверхностей скольжения при оползнях вращения, которые на основании многочисленных замеров в натуре принимают за круглоцилиндрические, при этом самое невыгодное их положение определяется расчетом. Принятие определенной формы поверхностей скольжения и ряда других допущений делает этот метод приближенным.
Допустим, что центр круглоцилиндрической поверхности скольжения оползающей призмы находится в точке О (рис21 а).
Уравнением равновесия будет . Для составления уравнения моментов относительно точки вращения О разбивают призму скольжения ABC вертикальными сечениями на ряд отсеков и принимают вес каждого отсека условно приложенным в точке пересечения веса отсека Pi с соответствующим отрезком дуги скольжения, а силами взаимодействия по вертикальным плоскостям отсека (считая, что давления от соседних отсеков равны по величине, а по направлению противоположны) пренебрегают. Раскладывая далее силы веса Pi на направление радиуса вращения и ему перпендикулярное, составляют уравнение равновесия, приравнивая нулю момент всех сил относительно точки вращения:
Сокращая это выражение на R, получим
Здесь L—длина дуги скольжения АС; φ, с — угол внутреннего трения и сцепления грунта; Tt и Ni — составляющие давления от веса отсеков, определяемые графически или вычисляемые по замерам углов αi:
За коэффициент устойчивости откоса принимают отношение момента сил удерживающих к моменту сил сдвигающих, т. е.
Однако решение поставленной задачи определением коэффициента устойчивости для произвольно выбранной дуги поверхности скольжения не заканчивается, так как необходимо из всех возможных дуг поверхностей скольжения выбрать наиболее опасную. Последнее выполняется путем попыток, задаваясь различными положениями точек вращения О; для уменьшения числа попыток существуют некоторые правила. Далее, из всех возможных центров скольжения выбирают тот, для которого требуется максимальная величина сил сцепления. Этот центр принимают за наиболее опасный и для него по формуле вычисляют коэффициент устойчивости η.
Обычно считают, что при величине η ≥1,1÷1,5 откос будет устойчивым.
Некоторые усовершенствования и упрощения расчетов по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения (введение переменности масштаба, но в прежней постановке задачи) внесены проф. Г. И. Тер-Степаняном и проф. М. Н. Гольдштейном, причем коэффициент устойчивости рекомендуется определять по выражению
где А и В — коэффициенты, зависящие от геометрических размеров сползающего клина, выраженные в долях от высоты откоса А; значения этих коэффициентов приведены в таблице.
Для грунтов связных с незначительным углом внутреннего трения (при φ < 5 ÷ 7°) при залегании на некоторой глубине ξ плотного грунта расчет производится в предположении выпирания основания за пределами откоса.
26. Геологическая деятельность ветра. Эоловые отложения и их строительные свойства
Ветер совершает большую геологическую работу: разрушение земной поверхности (дефляция, корразия), перенос продуктов разрушения и отложения (аккумуляции) этих продуктов в виде скоплений различной формы. Все эти процессы носят общее название эоловых.
Перенос частиц ветром совершается во взвешенном состоянии или путем перекатывания в зависимости от скорости ветра и размера частиц. При меньшей скорости ветра и других благоприятных условиях происходит отложение переносимого материала. Перевеянный песок образует песчаные холмы, дюны (высотой до 300 м) и барханы (высотой 20 – 30 м и более). Так образуются ветровые (эоловые) отложения. Современные эоловые отложения на картах обозначают vQ. В большинстве случаев это накопления песка и пыли. Распространены эоловые процессы в районах пустынь и полупустынь, в долинах рек и на морских побережьях.
Строительство и эксплуатация зданий и сооружений требует постоянной борьбы с подвижными песками. Для этой цели применяется ряд методов:
-установка на пути движения песков щитов;
-закрепление песков при помощи растительности;
-закрепление песков различными растворами и веществами;
-проектирование сооружений, которые пропускают движущиеся пески, не давая им аккумулироваться.
27. Уплотнение однородного массива.
Методы уплотнения грунтов.
hупл= kу d
d - диаметр трамбовки
kу - коэффициент пропорциональности
пески – 1,55
суглинки – 1,45
глины – 1,10
28. Виды выветривания и факторы их обуславливающие
Земная кора в течение длительной истории развития, измеряемой миллиардами лет, непрерывно меняла свой облик. Эти изменения обусловлены различными геологическими процессами.
Под процессом выветривания понимают разрушение и изменение состава горных пород, происходящие под воздействием различных агентов, действующих на поверхности земли, среди которых основную роль играет колебание температур, замерзание вод, действие ветра, организмов и т.д. Обычно выделяют три вида выветривания: физическое, химическое и биологическое (органическое).
Физическое выветривание выражается преимущественно в механическом дроблении породы. Породы дробятся в результате неравномерного расширения и сжатия разных минералов при температурных колебаниях, а также вследствие замерзания воды в трещинах.
В теплом и умеренно влажном климате наряду с физическим большое значение приобретает химическое выветривание, которому сопутствует биологическое. Вода, пары и содержащиеся в них углекислота и почвенные кислоты действуют как растворители, кислород воздуха – как окислитель.
Роль организмов в комплексе выветривания всех видов наиболее отчетливо выступает в областях с влажным и в особенности с влажным теплым и жарким климатом.
Воздействие на земную поверхность, на толщи скальных горных пород процесса выветривания приводит к образованию коры выветривания, которая состоит из видоизмененных выветриванием горных пород или продуктов их разрушения. Продукты выветривания горных пород, остающиеся на месте их образования, носят название элювия. Элювиальные отложения обозначаются eQ. Всегда видно, как элювий постепенно переходит в свою «материнскую» породу.
29. Грунтовые и межпластовые воды
Рис
По условиям залегания подземные воды подразделяются:
1 верховодка, образуется в толще водопроницаемых пород, когда на пути инфильтрующихся сверху осадков залегает линза слабо- или водонепроницаемых пород, располагается выше грунтовых вод;
2 грунтовые воды, подземные воды первого от поверхности постоянно существующего водоносного горизонта, расположенного на первом водонепроницаемом слое.
Грунтовые воды характеризуются рядом признаков:
-они имеют свободную поверхность, т.е. сверху не перекрыты водоупорными слоями;
-питание грунтовых вод происходит, в основном, за сет атмосферных осадков;
-грунтовые воды находятся в непрерывном движении;
-количество, качество и глубина залегания грунтовых вод зависят от геологии местности и климатических факторов.
3 межпластовые воды, подземные воды, залегающие между двумя водоупорными слоями, бывают безнапорными и напорными.
Межпластовые ненапорные воды встречаются сравнительно редко. Они связаны с горизонтально залегающими водоносными слоями, заполненными водой полностью или частично.
Напорные (артезианские) воды связаны с залеганием водоносных слоев в виде синклиналей и моноклиналей. Площадь распространения водоносных напорных горизонтов называется артезианским бассейном.
30. Понятия о подрабатываемых территориях
При выработке в недрах земли полезных ископаемых (уголь, руда, соли и т.п.) в толще пород образуются пустоты, которые провоцируют развитие дополнительных напряжений от массива вышележащих горных пород. Как взаимодействуют возникающие силы массива горных пород, каковы их взаимоотношения, соответствующим образом проявляет себя и природно-техническая система “массив горных пород - выработка”. В одних случаях она будет устойчивой не только в процессе проходки, но и в течение всего длительного периода эксплуатации. В других случаях устойчивость горных пород нарушается вслед за проходкой, что влечет оседание земной поверхности. И тогда выработка вызывает сдвижение вышележащих горных пород, сопровождающиеся опусканием земной поверхности и образованием мульды. При разработке крутопадающих угольных пластов на земной поверхности появляются значительные трещины или уступы. Выработки полезных ископаемых даже в условиях самых больших глубин вызывают потерю равновесия и сдвижение горных пород на всем протяжении от выработки до земной поверхности. Надземные здания и сооружения в зоне влияния горных выработок неизбежно будут претерпевать деформации, повреждения, а иногда и разрушаться.
Рис Схемы вертикальных перемещений темной поверхности при подработке, вызванных кривизной (в) или образованием уступа (б)
Воздействиями от подработки является сдвижение и деформации земной поверхности. Сдвижение - это перемещение и деформирование горных пород под воздействием неуравновешенных гравитационных сил. Основные формы сдвижения горных пород: прогиб, обрушение, сдвиг, отжим, выдавливание и сползание. Продолжительность процесса сдвижения земной поверхности зависит от мощности пласта, глубины его разработки, угла падения, скорости подвигания забоя лавы, состава и крепости прикрывающих пород, размеров очистной выработки и способа управления кровлей, а также от характера сдвижения наносов, продолжительность которого от выработки одного пласта колеблется в пределах от 2 до 44 месяцев. За окончание процесса сдвижения принимается время, после которого в течение 6 месяцев суммарное оседание не превышает 30 мм. Деформации грунтовых массивов, возникающие в процессе подработки, приводят к ухудшению физико-механических свойств оснований зданий и сооружений.
Попытки получить эмпирические формулы для определения значений сцепления и модуля деформации грунта в зависимости от относительных горизонтальных деформаций земной поверхности не могут быть признаны достоверными из-за весьма ограниченных опытных данных, большого разброса определяемых характеристик и отсутствием детальных сведений о фактических горизонтальных деформациях земной поверхности в точках отбора образцов грунта.
31 Гранулометрический состав грунтов.
Под гранулометрическим или зерновым составом понимается количественное соотношение разных фракций в дисперсных грунтах. То есть грунтовой состав показывает какого размера частицы и в каком содержании в породе.
Методы гранулометрического анализа
прямые: косвенные:
1. ситовый метод- применяют для 1. ареометрический- в этом методе
крупнообломочных и песочных проводится измерение плотности
грунтов; суспензии через определенные
2. пипеточный- основана учетная промежутки времени, затем
скорость падения частиц в жидкой количество содержащихся в грунте
среде, применяется для пылеватых и частиц;
глинистых грунтов; 2.метод С.И Рутковского позволяет
3. метод отмучивания- основан на определить песчаную, глинистую и
учете скорости падения частиц в пылеватую фракции;
жидкости после вскручивания. 3. визуальный чисто субъективный
метод.
Изображение и описание зернового состава.
Результаты гранулизации сводим в таблицу, по каждой строим график. Он представляет собой суммарную кривую. По оси ординат откладывается суммарный % содержания фракций, по оси абсцисс данные замеров частиц. По суммарной кривой можно как эффективный диаметр частиц грунта примененные в расчетах коэффициента фильтраций. Также по суммарной кривой окружности коэффициенты неоднородности.
32 Обратимые и необратимые деформации
Процессы происходящие в грунте под действием нагрузки. Обратимая и необратимая деформации.
Деформационные свойства характеризуют поведение грунта под нагрузками не превышающими критические и следовательно не приводит к разрушению образца. При малых изменениях давления зависимость между деформациями и напряжением может приниматься линейной.
Все деформации могут быть разделены на 2 группы:
обычные деформации сжатия, при которых грунтовые частицы сближаются, укладываясь более плотно.
деформация сдвига сопровождается смещением частиц и изменения их взаимного расположения.
В толще деформируемого грунта происходят следующие виды перемещений:
взаимное смещение структурных агрегатов и частиц с разрушением удерживающих их связей, сопровождающихся более плотной и изменением ориентации глинистых частиц.
обжатие и разрушение структурных агрегатов, связанное с уплотнением грунта.
выжимание свободной воды и воздуха из пор грунта, что приводит к уменьшению пористости.
сжатие и выжимание плёнок адсорбированной воды в точках взаимного соприкосновения частиц.
сжатие и частичное растворение в воде пузырьков воздуха, защемлённых в порах грунта и не имеющих возможности выжимания.
Некоторые из указанных выше деформаций не обратимы, другие восстанавливаются после смещения нагрузки, т.е. являются упругими и необратимыми.
Полностью необратимые деформации грунта:
взаимный сдвиг грунтовых частиц и структурных элементов;
разрушение структурных элементов;
выталкивание из грунта воздуха.
Упругие:
сжатие в результате выталкивания воды;
сжатие защемлённых объёмов воздуха;
упругие деформации грунтовых частиц;
деформации плёнок связанной воды.
33 Пространственная задача при нагрузке приложенной к круговой или прямоугольной площадке
Пространственная задача при нагрузке приложенной к круговой площадке.
При определении напряжений в грунтах под нагрузками, распределенными по ограниченной площади (колоны) решается пространственная задача.
Нагрузка равномерно распределенная по кругу: вертикальное нормальное напряжение по оси z проходит через центры.
Рис.
β – угол образуемый вертикальной осью и прямой, соединяющей рассматриваемую точку А с любой точкой на окружности.
k1 – определяется по таблицам в зависимости от отношения z/r.
Нагрузка равномерно раскрываемая по прямоугольной площадке.
Рис.. К определению напряжений в основании при действии на его поверхности нагрузки, равномерно распределенной по прямоугольной площадке
k2 – коэффициент определяемый по таблицам, в зависимости от отношений z/b и L/b, где L - большая, В – меньшая стороны загруженного прямоугольника, z - глубина рассматриваемой точки.
34 Напряжения в слоистом массиве от собственного веса грунта
Давление от собственного веса грунта называется бытовым или природным.
Рис.
В водоносных грунтах вычисление удельного веса производится с учетом взвешивающей силы воды
, e – коэффициент пористости.
В глинах и суглинках с IL<0.25 взвешивающее воздействие воды можно не учитывать.
35 Определение осадки слоистого массива методом послойного суммирования
Определение осадки слоистого массива методом послойного суммирования.
Все деформации основания можно разделить на несколько видов:
осадки – деформации, которые не вызывают коренного изменения структуры грунта и происходит в следствии уплотнения грунта под влиянием внешних нагрузок или собственного веса грунта.
просадки – деформация, в результате коренного изменения структуры грунта под воздействием внешних нагрузок, собственного веса грунта и влиянием дополнительных факторов (замачивание просадочного грунта, оттаивание мерзлых прослоек).
оседание – деформации поверхности грунта в результате разработки полезных ископаемых, понижение уровня подземных вод и т.д.
1 Определение осадки методом послойного суммирования. В методе послойного суммирования принят ряд допущений:
– осадка основания вызывается дополнительным давлением р0, равным полному давлению под подошвой фундамента р за вычетом вертикального нормального напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента: р0 = р – σzg,0 (при планировке срезкой принимается , при отсутствии планировки или планировке подсыпкой , где – удельный вес грунта, расположенного выше подошвы; d и dn – глубина заложения фундамента от уровня планировки и природного рельефа);
– распределение дополнительных вертикальных нормальных напряжений σzp от внешнего давления р0 по глубине принимается по теории линейно-деформируемой среды как для однородного основания;
– при подсчете осадок основание делят на «элементарные» слои толщиной до 0,4b (b – ширина фундамента) и определяют сжатие их от дополнительного вертикального нормального напряжения σzp, действующего по оси фундамента в середине рассматриваемого слоя. Величина напряжения σzp на любой глубине определяется выражением , где α – коэффициент, зависящий от формы фундамента и относительной глубины рассматриваемой точки;
– положение нижней границы сжимаемой толщи принимается на глубине Нс, где выполняется условие .
Если найденная по этому условию нижняя граница сжимаемой толщи попадает в слой грунта с модулем деформации Е < 5 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глубины Нс, то нижняя граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия .
Осадка фундамента s методом послойного суммирования определяется по формуле
,
где β – безразмерный коэффициент, равный 0,8; σzp,i – среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта; hi и Еi – соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта; п – количество слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания.
Распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине приведено на рисунке.
Рис Схема распределения вертикальных напряжений при расчете осадок методом послойного суммирования