Линейные и нелинейные деформации. - раздел Механика, МЕХАНИКА ГРУНТОВ В Общем Случае Грунтам Свойственна Нелинейная Деформируемость, Причем ...
В общем случае грунтам свойственна нелинейная деформируемость, причем в пределах фаз I и II, в некотором начальном интервале изменения напряжений она достаточно близка к линейной.
Упругие и пластические деформации. Если в процессе нагружения грунта при достижении некоторых значений производить разгрузку (за границей фазы I), то можно заметить, что при любом значении p, даже в пределах линейной деформируемости (фаза II), разгрузка не вызывает полного восстановления осадок поверхности грунта. Следовательно, при любом значении давления общая осадка грунта может быть разделена на восстанавливающуюся (упругую) se и остаточную (пластическую) sp. При этом, как правило, se >> sp (рис. 5.1).
Физические причины упругих деформаций:
· упругость минеральных частиц грунта;
· упругость воды;
· упругость замкнутых пузырьков воздуха.
Физические причины остаточных деформаций:
· уплотнение грунта;
· сдвиги частиц грунта;
· разрушение частиц в точках контакта.
Для различных грунтов соотношения между упругими и остаточными деформациями различны.
Объемные и сдвиговые деформации. Общее напряженное или деформированное состояние в точке массива грунта можно разделить на две составляющие. Тогда общее напряженное состояние (тензор напряжений) выразится как сумма гидростатического напряженного состояния (шаровой тензор), вызывающего изменение только объема грунта, и девиаторного напряженного состояния (девиатор напряжений), вызывающего только изменение формы.
Испытания грунта свидетельствует о том, что с увеличением среднего нормального напряжения σm,объемная деформация εν возрастает, но стремится к некоторой постоянной величине. В то же время увеличение касательных напряжений τi не может происходить беспредельно и вызывает все большее возрастание сдвиговых деформаций γi, приводящее, в конечном счете, к разрушению грунта. Отсюда можно сделать важный вывод о том, что разрушение грунта происходит под действием сдвиговых напряжений, поэтому главной формой разрушения в механике грунтов считается сдвиг. Гидростатическое обжатие вызывает уплотнение, следовательно, и увеличение прочности грунта.
Из-за дискретного строения грунта действительный характер его деформирования при гидростатическом и девиаторном нагружении будет значительно сложнее. Так, при сдвиге (девиаторном нагружении) песчаного образца плотного сложения к моменту разрушения отмечается некоторое увеличение его объема, называемое дилатансией. При сдвиге же песчаного образца рыхлого сложения, напротив, происходит его дополнительное уплотнение. Это явление называется отрицательной дилатансией, или контракцией. В то же время при гидростатическом обжатии образца грунта, в случае больших напряжений, между частицами могут возникнуть местные концентрации напряжений, приводящих к его разрушению.
При некотором предельном для данного грунта значении τi возникнет состояние неограниченного пластического деформирования, что часто называется течением грунта. Такое состояние называется предельным.
5.3. Влияние различных факторов на величину и характер деформаций
1. Условия загружения:
· непрерывно возрастающая нагрузка
Рис. 5.2. Деформации грунта при действии непрерывно возрастающей нагрузки
Чаще всего, практически в строительстве рассматриваются линейные деформации, т. е. до напряжений, равных R.
В этом случае правомерно использовать теорию упругости и инженерные методы расчета осадок;
· периодически действующая нагрузка
Рис. 5.3. Деформации грунта при действии периодически действующей нагрузки
При многократном нагружении основания общие деформации грунта стремятся к некоторому пределу.
При большом числе циклов нагружения появляются лишь упругие деформации, т. е. грунт приобретает упруго-уплотненное состояние. (Имеет практическое значение для строителей дорог, насыпей и т. д.)
2. Деформации грунта во времени
Рис. 5.4. Деформации грунтов в зависимости от времени
При уплотнении оснований скорость осадки фундамента (сооружения) зависит от скорости отжатия воды из пор грунта (фильтрационная консолидация). Впоследствии возникают осадки реологического характера (ползучесть скелета грунта).
Характер деформации зависит от индивидуальных свойств грунтов.
3. Зависимость деформации грунтов от размеров фундаментов (при прочих равных условиях)(рис. 5.5).
Рис. 5.5. Деформации грунта в зависимости от размеров фундамента
При в < 0,5 м деформации очень большие (возможен выпор грунта или достижение I предельного состояния).
При в » 0,5 м – малая сжимаемая толща (осадки малы).
При в > 0,5 м – увеличение активной сжимаемой зоны – увеличение деформации в целом.
При в > 7 м (А > 50 м2) осадки меньше теоретических, т. к. активная сжимаемая зона уходит в более плотные нижние слои грунта (возрастание модуля деформации с глубиной).
Основания и фундаменты рассчитываются по двум предельным состояниям:
1. По несущей способности:
N – заданная расчетная нагрузка на основание в наиболее невыгодной комбинации;
Рпр– несущая способность (предельная нагрузка) основания для данного направления нагрузки N;
gс– коэффициент условия работы основания (<1);
gq– коэффициент надежности (>1).
5.4. Расчет оснований по деформациям и методы расчета осадок.
Затухание осадок во времени
Деформации основания подразделяют следующим образом:
· осадки – деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;
· просадки – деформации, происходящие в результате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительных факторов, таких, например, как замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте и т. п.;
· подъемы и осадки – деформации, связанные с изменением объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта);
· оседания – деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий, понижением уровня подземных вод, карстово-суффозионными процессами и т. п.;
· горизонтальные перемещения – деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных систем, подпорные стены и т. д.) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса и т. п.;
· провалы – деформации земной поверхности с нарушением сплошности грунтов, образующиеся вследствие обрушения толщи грунтов над карстовыми полостями, горными выработками или зонами суффозионного выноса грунта.
Расчет оснований по деформациям производят, исходя из условия
, (5.1)
где – совместная деформация основания и сооружения;
Su – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01–83* «Основания зданий и сооружений» или СП50–101–2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений».
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный технический университет... С А Пьянков...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Линейные и нелинейные деформации.
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
МЕХАНИКА ГРУНТОВ
Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям 27010265 «Промышленное и гражданское строительство» и 27010965 «Теплогазоснабжение и вентиляция
Пьянков, С. А., Азизов З. К.
П 87 Механика грунтов : учебное пособие / С. А. Пьянков, З. К. Азизов ; Ульян. гос. техн. ун-т. – Ульяновск : УлГТУ, 2008. – 97 с.
ISBN 5-89146-700-0
Выписка из ГОС ВПО
ОПД.Ф.07
Механика грунтов:
состав, строение и состояние грунтов; физико-механические свойства грунтов основания; распределение напряжений в грунтовом массиве; расчет о
Образование грунтов (генезис).
Континентальные отложения:
· элювиальные (форма зерен угловатая);
· делювиальные (перемещенные атмосферными водами и силами тяжести, напластования н
Структура, текстура и структурные связи грунта.
Следует различать структуру грунта, т. е. взаимное расположение частиц грунта и характер связи между ними и текстуру грунта, т. е. сложение грунта в массиве.
Под структуро
Состав грунтов.
Грунты состоят из: твердых частиц; воды в различных видах и состояниях (в том числе льда при нулевой или отрицательной температуре грунта); газов (в том числе и воздуха).
Вода и газы наход
Свойства твердых частиц.
Твердая минеральная масса состоит из первичных зерен скелета грунта (обломков горных пород и минералов) и вторичных частиц, служащих цементирующим веществом грунта. С
Свойства воды.
Свойства всех разновидностей грунтов, особенно песчаных, пылеватых и глинистых, самым существенным образом зависят от состава и содержания в них воды. В грунте различают кристаллизационную, или хим
Свойства газа.
Содержание воды и газа в грунте зависит от объема его пор: чем больше поры заполнены водой, тем меньше в них содержится газов. В самых верхних слоях грунта газообразная составляющая представлена ат
Структурно-неустойчивые грунты
Структурно-неустойчивыми называют такие грунты, которые обладают способностью изменять свои структурные свойства под влиянием внешних воздействий с развитием значительных осадок, п
Мерзлые и вечномерзлые грунты.
Грунты всех видов относят к мерзлым грунтам, если они имеют отрицательную температуру и содержат в своем составе лед.
Вечномерзлыми называют грунты, которые находятся в мерзлом состоянии н
Лёссовые грунты.
Лёссовые грунты по своей структуре и составу значительно отличаются от других видов грунтов. У лёссовых грунтов размер пор значительно превышает размер твердых частиц, такие грунты по-другому назыв
Слабые водонасыщенные грунты.
К слабым водонасыщенным грунтам относят илы, ленточные глины и другие виды глинистых грунтов, характерными особенностями которых являются их высокая пористость в природном состоянии, насыщенность в
Торфы и заторфованные грунты.
Торф – это органический грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных остатков. Состав болотных остатков в них – не менее 50%.
Песчаные пылеват
Основные расчетные модели грунтов
Требования к расчетным моделям
Точность прогнозов в механике грунтов в большой степени определяется тем, с какой полнотой в уравнениях состояния отражаются особенности деформирования грунт
Физические представления
Так как грунт состоит из твердых частиц и пор, которые частично или полностью заполнены водой, теоретически при его сжатии должны уменьшаться объемы всех трех компонентов – твердых частиц, воздуха
В полевых условиях с помощью штампов.
Выполняя отбор проб для испытания грунтов, мы нарушаем его структуру и, следовательно, нарушаем его свойства. Поэтому производят полевые испытание грунта штампами: большого и малого диаметра.
Коэффициент фильтрации
Водопроницаемость связана с уплотнением грунта, так как при уплотнении из грунта в первую очередь извлекается влага.
В строительстве фильтрационные свойс
Влияние грунтовых вод на устойчивость и прочность основания
Изменение уровня грунтовых вод после возведения сооружения может резко понизить прочность основания и вызвать серьезные деформации сооружения в следующих случаях:
· при наличии в грунте ле
Агрессивность грунтовых вод
Грунтовые воды, способные разрушать цементные бетоны и растворы, называются агрессивными. Агрессивность их зависит от химического состава растворенных в них солей и кислот. Эти вещества попа
Фазы напряженно-деформированного состояния грунта
Фазы напряженно-деформированного состояния грунтаизучаются с целью установления расчетных моделей деформирования грунтового основания, приемлемых для инженерных расчетов его прочности, устойчивости
Метод послойного суммирования
В большинстве практических случаев основание сложено по глубине разнородными грунтами, представленными в материалах инженерно-геологических изысканий инженерно-геологическими элементами (ИГЭ). Мето
Порядок расчета
1. Строим расчетную схему.
2. Разбиваем грунтовый массив ниже подошвы фундамента шириной b на элементарные слои, исходя из следующих условий:
· мощность любого элементарног
Допущения при расчете по этому методу
1. Линейная зависимость между напряжениями и деформациями.
2. Осадки рассматриваются, исходя из maxPz – под центром фундамента.
3. Не учитывается, как правило, с
Затухание осадки во времени
Затухание осадки грунтов во времени (их консолидация) является сложным процессом, на который оказывают влияние водопроницаемость, структура, поровое давление, ползучесть скелета грунта, сжимаемость
Реология и нелинейная механика грунтов
Реология как наука, изучающая вопросы течения материалов, имеет три основных направления исследований: медленно развивающихся во времени деформаций – деформаций ползучести; расслабл
Длительная прочность грунта и релаксация напряжений
Если образец грунта подвергать деформациям сдвига, осевого сжатия или растяжения при различных нагрузках, то можно отметить, что чем большая нагрузка приложена к образцу, тем скорее наступает стади
Деформации ползучести грунта при уплотнении
Если деформацию образца водонасыщенного грунта в одометре или осадку слоя грунта без возможности бокового расширения изобразить во времени кривой в полулогарифмической системе координат, то она буд
Вопросы нелинейной механики грунтов
Ранее отмечалось, что близкая к линейной зависимость при небольших давлениях наблюдается в пределах фазы упругих деформаций и фазы уплотнения и местных сдвигов. Если давление по подошве жестких фун
Виды неравномерных осадок сооружений
Причины развития неравномерных осадок в сооружении.
Равномерная осадка сооружений обычно никаких трудностей не вызывает.
(Известны отечественные с
Причины развития неравномерных осадок выпирания
Данные осадки возникают за счет появления зон пластических деформаций оснований и выдавливания грунта в стороны (рис. 5.25).
При давлении Р = R глубина зон п
Причины развития неравномерных осадок расструктуривания
Наибольшее влияние на развитие общих осадок могут оказать осадки расструктуривания, Sрасстр., вызванные нарушением структуры грунтов основания при отрывке котлованов и устройстве
Особенности деформирования различных типов грунтов
Особенности деформирования грунтов по-разному проявляются у различных видов грунтов и существенно зависят от состояния грунта и интенсивности действующих нагрузок.
Монолитные ска
Общие положения.
Ограждающие конструкции предназначены для того, чтобы удерживать от обрушения находящийся за ними грунтовый массив. Характерным примером ограждающей конструкции является подпорная стенка – к
Определение пассивного давления.
Как указывалось выше, пассивное давление возникает при перемещении стенки в сторону грунта засыпки. Характерный пример такого случая показан на рис. 6.12, а. Под действием активного давления справа
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Механика грунтов – научная дисциплина, изучающая напряженно-деформированное состояние грунтов, условия их прочности, давление на ограждения, устойчивость грунтовых массивов и др. В механике грунтов
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
– расчетная относительная разность осадок фундаментов;
;
–предельные величины, абсолютной и относительной разности осадок фундаментов соответственно (СНиП 2.02.01–83*).
, (5.1)
– совместная деформация основания и сооружения;
Новости и инфо для студентов