Деформационные свойства грунтов. Физико-механические свойства

Деформационные свойства скальных грунтов
в значительном диапазоне напряжений деформируются упруго и подчиняются закону Гука:
для характеристики деф-х свойств в статических условиях используют:
модуль упругости (Е)
коэффициент Пуассона (µ).

Деформационные свойства скальных грунтов определяются:
1. Минеральный состав;
Чем больше Е минералов, тем больше Е грунта
2. Генезис;
Чем при больших давлениях сформировалась порода, тем больше её упругие характеристики
3. Однородность (текстура, структура и мин. состав);
У слоистых грунтов наблюдается анизотропия констант упругости:
Упругие характеристики больше у грунтов с мономинеральным составом и однородной структурой

Деформационные свойства скальных грунтов определяются:

Упругие константы основных типов скальных грунтов
→, наибольшими константами упругости характеризуются мономинеральные ультраосновные интрузивные грунты

Деформационные свойства скальных грунтов определяются:
4. Трещиноватость и пористость;
Чем больше пустотность – тем меньше Е,G и µ
5. Характер заполнителя пор и трещин;
Трещ-е грунты с мин. заполнителем обладают большей упругостью, чем без заполнителя.
Чем выше Е,G и µ заполнителя – тем больше Е,G и µ грунта
1 - мигматиты и гранитоиды; 2 - граниты;
3 - габбро и диабазы; 4 - лабрадориты;
5 - железистые кварциты; 6 - кварциты
и песчаники; 7 - карбонатные грунты;
8, 9, 10 - основные, средние и кислые
эффузивы; 11 - туфы и туфобрекчии

Деформационные свойства скальных грунтов определяются:
6. Влажность;
Т.к. упругость воды > упругости воздуха, →
Чем выше W, тем больше Ед
Т.к. вода приводит к некот. проявл. грунтом пластических свойств, →
Чем выше W, тем меньше Е (статический)
7. Температура грунта.
С ростом Т растет проявление пластических свойств и уменьшается проявление упругих. →
При нагревании величины упругих констант снижаются.

Деформационные свойства скальных грунтов определяются:

Деформационные свойства дисперсных грунтов
Упругость проявляется лишь при незначительных начальных напряжениях:
- сильно зависит от конситенции: у пластичных минимальна, у твёрдых – максимальна;
- µ зависит от W и степени водонасыщения грунта:
- у сухих песков – [0,1;0,25],
- у влажных – [0,3;0,4],
- у водонасыщенных песков – [0,44 ;0,49],
- у супесчаных, суглинистых и глинистых грунтов – [0,3;0,49].
При росте напряжений начинают проявляться пластические деформации.

Деформационные свойства дисперсных грунтов
При больших нагрузках проявляется пластическая (остаточная) деформация:
εобр << εост
→ важно знать модуль общей деформации Ео и др. параметры, учитывающие εост
Эти параметры получают по результатам компрессионных испытаний.

Компрессионная сжимаемость грунтов
Компрессия - это способность грунта сжиматься под постоянной, но ступенчато возрастающей нагрузкой без возможности его бокового расширения в условиях открытой системы (с возможностью оттока воды и воздуха из пор образца)

Компрессионная сжимаемость грунтов
Т.к. d кольца = const:
εV = εz или ΔV/V = Δh/h,
Где Vи h - соответственно начальный объем и высота образца;
ΔV, Δh - изменение объема и высоты образца.

Компрессионная сжимаемость грунтов
При компрессии деформирование и уменьшение объема происходит за счет уменьшения объема пор, отжатия из них воды и (или) воздуха; при этом объем скелета грунта не меняется.
Тогда можно записать:
Где ео и ер - коэффициенты пористости соответственно начальный и при нагрузке σ; Vsk - объем скелета грунта.

Закон компрессионного уплотнения
ep = eo – Δh/h (1 + eo)

Компрессионная кривая
e = f (σ)
Реже: n = f (σ) или εz = f (σ)
e
σ

Компрессионная кривая
Для малых интервалов уплотняющих нагрузок: e = eo - aσ,
Где a = tgα = Δe/Δσ
а – коэффициент сжимаемости, МПа -1
e
σ
e1
e2
σ1
σ2
Δσ
Δe
α

Компрессионные испытания
Сильносжимаемые: а > 1 МПа -1;
Повышенносжимаемые: а = 1 – 0,1 МПа -1;
Среднесжимаемые: a = 0.1 – 0.05 МПа -1;
Слабосжимаемые: а = 0.05 – 0.01 МПа -1;
Практически несжимаемые:
а < 0,01 МПа -1.

Компрессионная кривая
Если построить график в полулогарифмическом масштабе (e = f (lg σ)):
e = eo - ak (Δ lgσ),
Где ak = Δe/Δlgσ
аk – коэффициент компрессии, б.р.

Связь коэффициента сжимаемости с модулем общей деформации
Eo = ß (1 + eo) / a = E ок ß,
Где ß – коэффициент, учитывающий невозможность бокового расширения грунта при компрессии:
Пески – 0,8
Супеси – 0,7
Суглинки – 0,5
Глины – 0,4
E ок - модуль общей компрессионной деформации.

Сжимаемость несвязных грунтов
Осуществляется за счёт уплотнения их зернистой структуры и частично дробления наиболее крупных зёрен
Она зависит:
1. от формы и крупности обломков:
Чем выше дисперсность и хуже окатанность частиц – тем больше сжимаемость
2. От начальной плотности:
Чем меньше плотность – тем больше сжимаемость
3. От наличия и характера заполнителя пор:
Если нет заполнителя – хорошая сжимаемость
Наибольшая сжимаемость у крупнообл. грунтов с глинистым заполнителем.
Наименьшая – с песчаным.

Компрессионная кривая
e
σ

Сжимаемость несвязных грунтов
4.Влияние влажности, а также других физико-химических факторов (концентрации и состава электролита порового раствора, обменных катионов):
Существенно сказывается лишь при наличии в них глинистого заполнителя.
В чистых песках влажность практически не влияет на их сжимаемость.

Сжимаемость связных грунтов
осуществляется в основном за счет изменения структуры и текстуры грунта: разрушения части структурных связей и микроагрегатов, смыкания крупных пор, пере ориентации частиц при одновременном уменьшении пористости грунта, отжатия из пор воды и воздуха (рис. 14.16). При этом дробления частиц не происходит, при возрастающей нагрузке они все более ориентируются в направлении перпендикулярно прикладываемому давлению