искать
Рубрикатор материалов

Сейчас в информационной базе:
рубрик - 105 , авторов - 329 ,
всего информационных продуктов - 3121 , из них
статей журнала - 647 , статей базы знаний - 85 , новостей - 2213 , конференций - 4 ,
блогов - 8 , постов и видео - 128 , технических решений - 4

© 2016-2019 ГеоИнфо

Разработка и сопровождение: InfoDesigner.ru
Дискуссия профессионалов 

О сопротивлении грунтов сжатию в естественном сложении

Здобин Дмитрий Юрьевич
15 августа 2018 года

Изучение поведения грунта под нагрузкой дает определение основных деформационных характеристик, необходимых для расчета осадки зданий и сооружений. По различным подсчетам эти характеристики (модуль деформации, коэффициент сжимаемости и коэффициент Пуассона) используются в 90% случаях всех проектировочных решений. Вместе с тем, один из основоположников отечественного научного грунтоведения профессор В.В. Охотин никогда не разделял «механические свойства» на «прочностные» и «деформационные», а использовал вполне определённые выражения «трение и сцепление в грунтах», «сопротивление грунтов вдавливанию», «сопротивление грунтов сжатию». И это совершенно обосновано.

Здобин Дмитрий ЮрьевичПреподаватель Санкт-Петербургского государственного университета, ученый секретарь Охотинского общества грунтоведов, д.г.-м.н.

Изучение поведения грунта под нагрузкой дает определение основных деформационных характеристик, необходимых для расчета осадки зданий и сооружений. По различным подсчетам эти характеристики (модуль деформации, коэффициент сжимаемости и коэффициент Пуассона) используются в 90% случаях всех проектировочных решений.

Вместе с тем, рассматривая в исторической ретроспективе методы определения данных показателей (как полевых, так и лабораторных условиях), прослеживается очень интересная эволюция не только в методологическом подходе, но даже в понятийно-смысловом аспекте.

Один из основоположников отечественного научного грунтоведения профессор В.В. Охотин в первом университетском учебнике «Грунтоведение» (1940 г.) [7], в базовой главе «Физико-механические свойства грунтов» никогда не разделял «механические свойства» на «прочностные» и «деформационные». Используя вполне определённые выражения «трение и сцепление в грунтах», «сопротивление грунтов вдавливанию», «сопротивление грунтов сжатию», автор тем самым, во-первых, подчеркивал глубокую взаимосвязь между физико-химическими и механическими свойствами грунтов, во-вторых, рассматривал первичность трения и сцепления в грунте по отношению к его реакции на сжатие.

Эта вполне очевидная максима в неявном виде в среде изыскателей так или иначе присутствует, чему служат подтверждения в виде двух нормативных документов ГОСТ 12248-2010 «Грунты. Методы лабораторного определения прочности и деформируемости» и нового стандарта ГОСТ Р 56353-2015 «Грунты. Методы лабораторного определения динамических свойств дисперсных грунтов», в самом названии которого термин «механические свойства» отсутствует.

Ранее мы подробно рассмотрели важнейший показатель состояния глинистого грунта в естественном сложении – консистенцию [1, 4, 5], и показали, что это свойство грунта I порядка – интегральная величина гранулометрического и минерального составов, естественной влажности и плотности. Все вышеперечисленные показатели состава и свойств грунта напрямую зависят от его микростроения и типа структурных связей и в целом ложатся в физико-химическую теорию эффективных напряжений в грунтах [6].

Суммировав понятия «критических точек состояния глинистого грунта», теорию «естественной прочности грунта» [3] и «физико-химическую теорию эффективных напряжений в грунтах», были сформулированы принципы определения прочностных свойств глинистых грунтов с позиций теории естественной прочности контактных взаимодействий (ЕПКВ).

Из теории ЕПКВ следует, что «трение и сцепление» в природных дисперсных средах (к которым относится грунт) объективно существует, вне зависимости от нашего к нему отношения и методов его определения, в отличие от «сопротивление грунта сжатию», которая не что иное, как реакция грунта на приложенную вертикальную нагрузку.

Рассматривать вопрос о реакции грунта на сжатие при приложении вертикальной нагрузки в свете показателя консистенции грунта естественного сложения недопустимо в отрыве от контекста физико-химической теории контактных взаимодействий. Базовые принципы (тип микростроения, тип контакта, количество контактов на единицу площади грунтового элемента) определяющие прочность и деформируемость глинистых грунтов никто не отменял. Соответственно, ранжирование глинистого грунта в зависимости от показателя консистенции в ненарушенном (естественном) сложении к привязке к типу деформаций приобретает вид строгой таблицы с конкретным физико-химическим наполнением.

 

Табл. 1. Классификация категорий показателя консистенции грунта ненарушенного сложения СВ

Глинистые

грунты

 

IL

CВ

Деформации

Категория

 

 

 

хрупкие

-V

 

 

-0,75-1,00

 

  хрупкие

 

 

 

 

 

 

пластичные

-IV

 

 

-0,50-0,75

-III

 

 

-0.25-0,50

-II

твердые

<0

0-0,25

-I

 

0

 

 

полутвердые

00,25

00,25

I

тугопластичные

0,250,50

0,250,50

II

мягкопластичные

0,500,75

0,500,75

III

текучепластичные

0,751,00

0,751,00

IV

текучие

>1,00

>1,00

текучие

V

 

Весь спектр состояния грунтов в естественном сложении (от твёрдых до текучих) можно разбить на 10 категорий от –V до V. Таким образом, вырисовывается достаточно стройная «зеркальная» позиция в ранжировании показателя консистенции грунтов ненарушенного сложения: от –V до V. Причём, на область пластических деформаций падает львиная доля категорий грунта – 8. Две крайние категории соответствуют в одном случае дальним коагуляционным контактам (текучая – +V) и цементационным контактам (хрупкие деформации – -V).

Подчеркнём, что предлагаемая градация грунтов в зависимости от его природного состояния увязывает, как нам кажется, в единое целое гранулометрический состав и физико-химические свойства грунтов первого порядка (естественная влажность, плотность и консистенцию) с их природными (естественными) механическими характеристиками.

Следовательно, сопротивление грунта сжатию – это та максимальная нагрузка, при которой он не теряет своих изначальных физико-химических и структурных параметров, т.е. при максимально допустимой вертикальной нагрузке σ1 естественная влажность We, показатель консистенции грунта природного сложения СВ, пористость n и микростроение не меняются.

Зная критические точки состояния грунта, можно построить графики зависимости модуля деформации Е от показателя консистенции грунта естественного сложения СВ (рис. 1), на которых область начала деформаций грунта под нагрузкой для каждой разновидности грунта находится справа от соответствующей кривой.

 

Рис.1. Зависимости &#171;показатель консистенции грунта естественного сложения СВ — модуль деформации Е&#187; для глинистых грунтов (&#171;паруса деформаций&#187;) Рис.1. Зависимости «показатель консистенции грунта естественного сложения СВ — модуль деформации Е» для глинистых грунтов («паруса деформаций»)

 

Не артикулированное понимание этого вполне очевидного положения в среде специалистов по проектированию оснований и фундаментам (геотехников) приводят к целому ряду абсолютно резонных и справедливых вопросов. Например, можно ли говорить о «переуплотнении грунта» в аргиллитах верхнего протерозоя (вендские глины Санкт-Петербурга), если они обладают сформированными фазовыми кристаллизационно-цементационными контактами при ламинарном микростроении?

Видимо, в игнорировании типов контактов и микростроения грунта заключаются все те противоречия между теоретически рассчитанными значениями деформаций водонасыщенных глинистых грунтов и реальной инженерной практикой, что вылилось в проблему консолидации грунтов.

На наш взгляд разделение общей консолидации грунта на первичную (фильтрационную) и вторичную (структуры) весьма условна.

Консолидация, как и как коэффициент фильтрации строительные характеристики грунта. В самом деле, весьма сложно (невозможно) представить деформацию структуры грунта даже при нагрузке в 6 кгc/см2. В принятой методике проведения компрессионных испытаний существует некий начальный аппаратурный порог, фиксирующий регистрацию начала изменения (уменьшения) высоты исходного образца грунта в одометре под воздействием вертикально прилагаемой нагрузки.

Фиксируемые деформации (0,01 мм) более чем вписываются в пределы погрешности прибора (0,05%) и свидетельствуют ровно о том, что грунт неоднородный по текстурно-структурным особенностям и закону одномерного уплотнения не подвластен. Пористость (от макро до ультромикропор) в единице объёма грунта распространена неравномерно и хаотично, и именно это перераспределение пористости в образце грунта и фиксирует мессура при компрессионных испытаниях грунта. Это подтверждается данными изучения микростроения грунтов. Расчёт пористости, полученной при анализе РЭМ-изображений, никогда не соответствует данным прямого расчёта общей пористости. При достижении какой-то определённой величины нормального давления более крупные поры просто меняют свой размер и геометрию, разделяясь на более мелкие, тем самым показывая уменьшение вертикального размера испытуемого образца.

Важнейшим направлением дальнейших исследований станет всестороннее изучение поведение грунта под нагрузкой с использованием 3D-томографов, с помощью которых инструментально будет зафиксировано изменение всего порового пространства грунта в режиме реального времени.

 

Список литературы
1.Бойченко П.О. Определение пределов пластичности и консистенции глинистых грунтов методом конуса. Л.: Изд-во ЛГУ, 1964. 47 с.
2.ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация. М.: Стандартинформ, 2013. 38 с.
3.Иванов И.П. Определение показателей сопротивления сдвигу грунтов, характеризующих их естественную прочность. Вестник ЛГУ. 1975. № 6. с. 73-79.
4.Здобин Д.Ю. Естественная прочность и деформируемость глинистых грунтов. Часть I. Инженерная геология № 3, 2015, с. 12-22.
5.Здобин Д.Ю. Естественная прочность и деформируемость глинистых грунтов. Часть II. Инженерная геология № 4, 2015, с. 56-61.
6.Осипов В.И. Физико-химическая теория эффективных напряжений в грунтах. Грунтоведение, № 2, 2013, с. 3-35.
7.Охотин В.В. Грунтоведение. СПб.: ЦГГ, 2008. 231 с.

Отправить сообщение, заявку, вопрос

Отправить заявку на посещение мероприятия

Отправить заявку на участие как экспонент

Запросить консультацию специалистов по данному техническому решению