Определение характеристик сжимаемости грунтов.

 

Сжимаемость грунта – это способность уменьшаться в объеме под действием внешней нагрузки. Сжимаемость зависит от пористости грунта, гранулометрического и минералогического состава, природы внутренних структурных связей и характера нагрузки.

Характеристиками сжимаемости являются:

-коэффициент сжимаемости а₀, МПа^-1;

-коэффициент относительной сжимаемости а_V,МПа^-1;

-модуль общей деформации Е₀,МПа;

-структурная прочность грунта Р_стр, МПа.

Определения характеристик сжимаемости в лабораторных условиях являются компрессионные испытания, которые осуществляются в условиях одноосного сжатия без возможности бокового расширения. Компрессионное сжатие моделирует процесс уплотнения грунтов под центром фундамента. Данные испытания производятся в однометрах – приборах с жесткими металлическими стенками, препятствующими боковому расширению грунта при сжатии его вертикальной нагрузкой. Уплотнение грунта происходит за счет уменьшения объема пор и влажности. Для оценки сжимаемости строят график зависимости коэффициента пористости от вертикального давления, получают так называемую компрессионную кривую (рис.6).

 

Рис.6. Компрессионная кривая

 

Компрессионная зависит от двух ветвей: кривой уплотнения и кривой набухания. Кравая набухания получается при разгрузке первоначального сжатого образца, что приводит к увеличению объема и пористости образца. Увеличение объема грунта при снятии нагрузки характеризует упругие деформации, а разность между первоначальным объемом и объемом образца после разгрузки – это остаточные деформации.

Рекомендуемый нормами (СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений.) расчет осадки фундамента основывается на применении Закона Гука в пределах небольших изменений давлений, компрессионная кривая сравнительно близка к секущей прямой (хорде) АВ (рис.6). Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс характеризует сжимаемость грунта и называется коэффициентом сжимаемости а₀.

Коэффициент сжимаемости а₀ – это отношение изменения коэффициента пористости к разности давлений, определяется по формуле:

, МПа^-1, [17]

где е₁ – значение коэффициента пористости при давлении р₁; е₂ - значение коэффициента пористости при давлении р₂.

Коэффициентом относительной сжимаемости называется деформация, приходящая на единицу давления, которая определяется по формуле:

, МПа^-1, [18]

где S_i – деформация (осадки) образца грунта при изменении давления от 0 до р_i по компрессионной кривой, мм; h- первоначальная высота образца грунта, мм; е₀- начальное значение коэффициента пористости.

По результатам компрессионных испытаний может быть определен модуль общей деформации грунта Е₀, МПа, по следующей формуле:

, МПа, [19]

где – поправка, учитывающая отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе (функция коэффициента Пуассона).

Модуль общих деформаций – коэффициент пропорциональности между относительной деформацией и вертикальным давлением. Модуль общей деформации используется при расчете осадок фундаментов.