Механические характеристики грунтов

Основными параметрами для проектирования и строительства, в процессе инженерно-геологических изысканий является определение механических свойств грунтов как лабораторными так и полевыми методами.

Именно механические свойства грунтов — являются основой в  проектировании  зданий и сооружений —  от возведения небольших домов, коттеджей и прокладки коммуникаций до возведения высотных зданий с многоуровневыми подземными парковками.

Характеристики грунта – это его особенности, которые зависят от состава и взаимосвязей между компонентами. Механические характеристики грунтов представляют собой свойства, проявляющиеся при воздействии на грунт нагрузок. На основании механических характеристик выполняются расчеты для проектировки фундаментов, несущих конструкций     и других элементов строения, контактирующих с геологией. Характеристики служат исходной информацией и имеют большое значение для исследования и предвидения процессов геологии, происходящих у поверхности земли.

Чтобы рассчитать деформации, нагрузку, которую может выдерживать грунт и оценить прочность фундамента, нужно обладать данными о механических свойствах эксплуатируемых грунтов.

К механическим характеристикам грунтов относят:

— сжимаемость;

— просадочность;

— прочность (сопротивляемость растяжениям, проницаемость водой, фильтрация);

— разрыхляемость;

— упругость.

На механические характеристики грунтов влияет их состав, параметры физического состояния, а также особенности их структуры. Грунты могут иметь гранулометрический или минеральный состав. К параметрам физического состояния относится плотность, уровень влажности, температура.

Характеристики деформации

К характеристикам деформации относятся:

— показатель упругости, он рассчитывается в пропорциональном соотношении между вертикальной нагрузкой, приходящейся на грунт и относительной величиной деформации почвы, происходящей в вертикальной плоскости. Для определения этого модуля проводятся эксперименты на сжатие в процессе разгрузки исходно уплотненного грунта, взятого в качестве образца;

— показатель общей деформации, рассчитывается в пропорциональном отношении между нагрузкой и относительной величиной искажений почвы в линейной плоскости, которые возникают под воздействием этого давления. Если значение модуля искажений меньше 5 Мпа грунт считается мягким.

Значение показателя упругости всегда превышает показатель общего искажения. Показатель упругости переделяется в процессе экспериментов над образцами почвы и основывается на их упругости, имеющей место во время разгрузки, а показать общих искажений, определяет поведение почвы и при упругих, и при остаточных искажениях.

Сжимаемость грунтов

Сжимаемость грунтов – это показатель, показывающий уровень сжимаемости в условиях, при которых грунт не может расширяться в стороны.

Осадка грунта – это свойства почвы сокращать объем под влиянием уплотняющего давления. Составляющими грунта являются частички, имеющие различную величину и поры, внутри которых находится вода и воздух. Частицы могут иметь связь друг с другом или быть несвязанными. В процессе появления напряжения, возникающего в ходе сжатия изменяются объемы, это становится возможно, благодаря сокращению объемов внутри грунтовых пор, в которых находится газ или же вода. Если грунты насыщены водой, их полное сжатие может произойти, только если жидкость будет вытеснена из пор.

Показатель искажения характеризует сжимаемость, значение уплотнения и коэффициент осадки.

Величина показателя сжимаемости изменяется в большом диапазоне, на нее влияет состав, тип и состояние почвы. Показатель искажения изменяет свое значение под воздействием давления.

Угол внутреннего трения – это значение, отражающее линейную зависимость сопротивляемости грунта от нагрузки, приходящейся вертикально.

Оценивать уровень сжимаемости почвы нужно по начальному отрезку компрессионной линии в диапазоне давления от 0,5 до 1,5 кгс/см2, если показатель давления будет выше, то даже самые слабы почвы слабо сжимаются. Показатель уплотнения позволяет приблизительно оценить степень сжимаемости почвы. Показатель осадки служит отражением величины искажения.

В зависимости от усадки искажения подразделяют на две группы: пластичные и упругие. Последние появляются под влиянием нагрузок, которые меньше прочность структуры почв, не оказывающих разрушительного действия на связи между составляющими, и обуславливается способностью почвы возвращаться в первоначальное состояние после того, как исчезнет давление.

Пластические искажения разрушают связи между составляющими и скелет почвы. Пластичные искажения делают почву более уплотненной благодаря изменению размера пор внутри почвы, а искажения со сдвигом благодаря изменению ее исходной формы и могут приводить к разрушению.

Характеристики прочности

Выделяют несколько характеристик прочности:

— Сопротивляемость растяжениям.

Сопротивляемостью к растяжениям называется свойство почвы оказывать противостояние перемещение частей почвы в отношении друг друга вод влиянием прямой нагрузки и касательной. Характеристики прочности применяются при расчете фундаментов. Под прочностью подразумевается свойство почвы выдерживать нагрузки, не подвергаясь разрушению. В песчаных почвах и грунтах с большими обломками сопротивляемость становится достижимой преимущественно благодаря силе трения отдельно расположенных частиц, такие почвы называются сыпучими. Почвы глинистого типа имеют большую сопротивляемость к сдвигам, так как в этом случае имеет место сцепление.

— Проницаемость водой.

Водопроницаемость – это свойство почвы пропускать жидкость, она зависит от структуры почвы и ее состава. Если пор мало и в составе есть глина, показатель проницаемости водой будет ниже, чем у песчаных почв. Данная характеристика оказывает влияние на устойчивость строений и скорость уплотнения почв под фундаментами, а также оползни.

— Фильтрация.

Под фильтрацией подразумевается перемещение воды в почвах при свободной гравитации, во всех направлениях: вверх, вниз, в стороны под влиянием гидравлики.

Характеристика прочности почв – это их способность оказывать сопротивление силовым влияниям извне.

Для скальных почв прочность оценивают по предельному значению прочности на сжатие в одной оси, а для нескальных по их механическим параметрам.

Различают следующие уровни прочности:

— сверх прочные – значение больше 120;

— прочные – больше 50, но меньше 120;

— средний показатель прочности – меньше 50, но больше 15;

— небольшой прочности – меньше 15, но больше 5;

— сниженной прочности – меньше 5, но больше 3;

— сниженной прочности – меньше 3, но больше 5;

— очень низкой прочности – меньше 1.

Удельное сцепление почвы – это показатель непосредственной зависимости почвы от давления. Сцепление зависит от типа грунта и уровня его влажности (измеряется в Мпа).

Разрыхляемость

Это свойство почвы увеличивать свой объем в ходе разработки из-за потери связей между составляющими. Показатель разрыхления может быть исходным и остаточным. Исходный коэффициент – это отношение количества разрыхленной почвы к ее количеству в первоначальном состоянии.

Показатель остаточного разрыхления – отражает увеличение размера почвы, происходящего в результате ее уплотнения в сравнении с ее первоначальным состоянием.

Трещины и воздействие, которое они оказывают на механические характеристики почв

На свойства почв влияет не только прочность минеральных компонентов, но связи между отдельно расположенными частицами.

Связи между составляющими элементами в грунтах обычно классифицируют на несколько категорий:

— жесткие, их также называют кристализационными;

— пластичные;

— жидкостно-коллоидные или вязкие.

Связи, отличающиеся жесткостью, имеют скальные почвы, а пластичными обладают глинистые.

Жесткие связи растворяются или не растворяются в воде. В процессе растворения жестких связей их могут заменять жидкостно-коллоидные.

Нескальные почвы в соответствии с особенностями связей, классифицируются на несколько групп:

— глиняные, суспеси;

— сыпучие (с крупными обломками и песчаные почвы).

Чаще все трещины возникают в скальных и глинистых почвах, отличающихся плотностью. С учетом разделения трещинами такие почвы классифицируют на:

— цельные (трещины отсутствуют или они есть, но при этом не пересекаются друг с другом);

— трещиноватые (растрескивания пересекаются в определенной степени, при этом остаются участки прочной почвы);

— разборные (сетка из трещин, с пересечениями и разделением скального грунта).

Трещины отрицательно сказываются на механических характеристиках грунтов, а именно на прочности. Под воздействием трещин могут появляться сдвиги участков почвы, находящихся под нагрузкой. На почвах глинистого типа и песчаных также могут быть трещины, вызывающие замачивание почвы, отрыв ее частей и движение вниз в результате оползневых явлений. Игнорировать трещины нельзя, это может привести к негативным последствиям в ходе строительства и эксплуатации объекта.

Механические свойства грунтов имеют большое значение в строительстве. Они применяются для расчетов искажений, позволяют оценить прочность и почв и как следствие устойчивость фундаментов.

Исследование грунтов, их характеристик, ведется при помощи современного оборудования с применением передовых технологий.

Специалисты нашей компании обладают большим опытом в изучении механических характеристик грунта: сжимаемости, просадачности, прочности, упругости, трения, сцепления. Мы работаем с грунтами разных типов и знаем все нюансы исследования их свойств. Изучение механических характеристик грунтов выполняется в лаборатории и позволяет получить точные результаты, играющие большую роль в успешном строительстве.

 

 

 

 

 

 

 

 

С