Реология и нелинейная механика грунтов - раздел Механика, МЕХАНИКА ГРУНТОВ
Реология Как Наука, Изучающая Вопросы Течения Материалов, Име...
Реология как наука, изучающая вопросы течения материалов, имеет три основных направления исследований: медленно развивающихся во времени деформаций – деформаций ползучести; расслабления (уменьшения) напряжений при постоянстве деформации – релаксации напряжений; разрушения материалов при длительном действии нагрузки – длительной прочности материалов.
В нашей стране вопросами реологии грунтов занимались А. Я. Будин, С. С. Вялов, М. Н. Гольдштейн, Ю. К. Зарецкий, Н. Н. Маслов, С. Р. Месчан, Г. И. Тер-Степанян, Н. А. Цытович и др.
Деформации ползучести развиваются как в процессе уплотнения грунтов под действием нормальных напряжений, так и при сдвиге, т. е. при приложении касательных напряжений.
Реологические процессы особенно характерны для пылевато-глинистых грунтов, а также для любых грунтов, находящихся в мерзлом состоянии. Они проявляются также в скальных породах и песках при их определенном напряженном состоянии. Физические причины ползучести в полной мере пока еще не вскрыты. С. С. Вялов и Ю. К. Зарецкий объясняют развитие реологических процессов в грунтах, в частности, при деформациях ползучести. Так, при увеличении напряжений в жестких связях между частицами грунта возникают усилия, под действием которых постепенно разрушаются менее прочные, а затем и более прочные связи. В результате этого процесса в грунте появляются дефекты (микротрещины между частицами). Однако одновременно в этих и соседних местах возникают вследствие сближения отдельных частиц (при сжатии и сдвиге) новые водно-коллоидные и молекулярно-контактные связи. Поэтому грунт не разрушается, а лишь получает большие деформации.
Если к нескольким образцам одного и того же грунта приложить различную сдвигающую нагрузку, то относительная деформация будет развиваться во времени так, как показано на рис. 5.10.
Анализируя кривые деформации во времени, можно выделить мгновенную деформацию и три стадии ползучести. В пределах первой стадии, называемой стадиейзатухающей ползучести, происходит постепенное уменьшение скорости развития деформаций во времени. В пределах второй стадии – установившейся ползучести – имеет место деформация пластического течения, при которой скорость практически постоянна. Установившаяся ползучесть возникает лишь при напряжениях, больших определенного предела. Как доказано С. С. Вяловым, установившаяся ползучесть всегда переходит в третью стадию – прогрессирующего течения, при которой скорость развития деформаций во времени возрастает, что и ведет к разрушению образца.
В стадии затухающей ползучести возникают микротрещины, но одновременно образуется значительно большее количество новых связей, и увеличивается сопротивление разрушению существующих связей вследствие развивающихся деформаций.
В стадии установившейся ползучести наблюдается равновесие между прочностью грунта, теряемой в результате разрушения связей, и прочностью, приобретаемой грунтом вследствие возникновения водно-коллоидных и молекулярно-контактных связей. Этим обусловливается пластично-вязкое течение, в процессе которого изменяется структура грунта, при этом постепенно уменьшается сопротивляемость образца грунта разрушению и наступает стадия прогрессирующего течения.
В стадии прогрессирующего течения количество дефектов в связях все увеличивается, а возникновение новых связей иногда уменьшается, поскольку на этой стадии в ряде случаев наблюдается увеличение объема образца грунта. Прогрессирующее течение при неизменном напряженном состоянии всегда заканчивается разрушением.
Все темы данного раздела:
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
Основные характеристики физических свойств грунтов, отбор образцов
Физические свойства грунтов характеризуют их физическое состояние в условиях природного (ненарушенного) залегания.
Исследование свойств грунтов предусматривает получение м
Условия работы грунтов в массиве. Основные законы и свойства, механические характеристики
Механическими называются те свойства грунтов, которые характеризуют их поведение под нагрузкой.
Под действием передаваемых сооружением вертикальных или наклонных сил в массиве основ
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.
Закон сопротивления сдвигу для различных грунтов, характерные зависимости. Угол внутреннего трения и угол естественного откоса, трение и сцепление
Сдвиг – процесс изменения расположения частиц грунта под действием внешних сил.
Грунты в основании сооружений, а также при неодинаковых отметках их поверхности испытывают
Предельное сопротивление грунтов сдвигу есть функция первой степени нормального напряжения.
τ = σ · tgφ + c, (3.6)
где τ – сопротивление сдвигу; σ – нормальное напряжение (давление)
Коэффициент фильтрации
Водопроницаемость связана с уплотнением грунта, так как при уплотнении из грунта в первую очередь извлекается влага.
В строительстве фильтрационные свойс
Влияние подземных вод на строительные свойства грунтов и на фундаменты
На различной глубине от поверхности земли встречаются грунты, пропитанные водой. Эти воды называются грунтовыми, а верхняя поверхность их – уровнем грунтовых вод.
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
Влияние физических и механических характеристик на строительные свойства грунтов
Характерные свойства грунтов длительное время воспринимать внешние нагрузки при деформациях оснований, не препятствующих нормальной эксплуатации зданий и сооружений, называют их строительными св
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
Доказательство применимости теории упругости к грунтам (постулаты теории упругости).
1. Деформации пропорциональны напряжениям
Рис. 4.2. За
Определение напряжений в массиве грунта при действии единичной вертикальной силы N, приложенной к границе грунтового основания.
Решение задачи Буссинеска. Основано на следующих гипотезах (впоследствии подтвержденных точными решениями):
а) нормальные напряжения на площадках, касательных к сферическо
Определение напряженийσzпри действии местного равномерно распределенного давления (метод угловых точек).
Если закон распределения давления по поверхности изотропного линейно-деформируемого полупространства известен, то элементарное суммирование можно заменить интегрированием.
Линейные и нелинейные деформации.
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.
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
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 разуплотнения
Sразупл. – развивается под действием нагрузки, не превышающей величину природной, т. е. нагрузки, равной весу вынутого грунта при откопке котлована. Эт
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
Причины развития неравномерных осадок в период эксплуатации
1. Уплотнение грунтов после начала эксплуатации Sэкспл. сооружения:
· деформации ползучести грунта и процесс фильтрационной консолидации;
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
Мероприятия по повышению устойчивости сооружений, откосов и склонов
Первое основное направление – это уменьшение суммарных активных воздействий на сооружение, способных вызвать нарушение их устойчивости.
Примерами таких мероприятий в рассмотренных на рис.
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 активного давления на вертикальную гладкую стенку при горизонтальной поверхности засыпки.
Рассмотрим простейший случай, когда засыпка представлена идеально сыпучим грунтом (рис. 6.8). Поскольку принято, что стенка имеет абсолютно гладкую грань, т. е. трение грунта о стенку отсутствует (
Учет нагрузки на поверхности засыпки.
При наличии на поверхности сплошной равномерно распределенной нагрузки интенсивностью (рис. 6.9, а) выражение (6
Учет наклона, шероховатости задней грани стенки и наклона поверхности засыпки.
Этот случай является общим. Рассмотрим предельное равновесие призмы обрушения ОАВ согласно расчетной схеме, представленной на рис. 6.9, а. Здесь
Определение активного давления при ломаной форме грани стенки и неоднородных грунтах засыпки.
В этом случае стенка и грунты засыпки разделяются по горизонтали на отдельные участки, в пределах которых угол наклона стенки и физико-механические характеристики грунтов (
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
Новости и инфо для студентов