Механика грунта
-
Механика грунтов
- Раздел физики грунтов и прикладной механики
- Описывает поведение грунтов
- Отличается от гидромеханики и механики твердого тела
-
Состав и происхождение почв
- Почвы состоят из гетерогенной смеси жидкостей и частиц
- Включают органические твердые вещества
- Образуются в результате выветривания горных пород
-
Транспорт и осаждение почв
- Почвенные отложения зависят от механизма переноса
- Остаточные грунты находятся на месте образования
- Распространенные механизмы переноса: сила тяжести, лед, вода, ветер
-
Минералогия почв
- Илы, пески и гравий классифицируются по размеру частиц
- Кварц является наиболее распространенным минералом в песках и илах
- Глинистые минералы имеют большую удельную поверхность
-
Распределение зерен по размерам
- Почвы состоят из смеси частиц разного размера
- Размер зерен влияет на поведение почвы
- Методы измерения: ситовой анализ и анализ с помощью ареометра
-
Ситовой анализ
- Используется для измерения распределения частиц по размерам
- Формальная процедура описана в стандарте ASTM D6913-04
- Сита с отверстиями точного размера используются для разделения частиц
-
Анализ с помощью гидрометра
- Применяется для мелкозернистых почв
- Частицы почвы смешивают с водой и встряхивают
- Ареометр используется для измерения плотности суспензии
-
Закон Стокса и проверка с помощью ареометра
- Закон Стокса описывает зависимость скорости осаждения от размера частиц.
- ASTM предоставляет процедуры для проверки с помощью ареометра.
-
Классификация частиц глины
- Мелкие частицы глины могут не оседать из-за броуновского движения.
- Такие частицы классифицируются как коллоиды.
-
Параметры почвы
- Определены параметры для описания содержания воздуха, воды и твердых веществ в почве.
- Удельный вес, плотность, насыпная плотность и другие параметры.
-
Классификация почв
- Инженеры-геотехники классифицируют почвы по типам частиц.
- Классификация не учитывает структуру и состав почвы.
-
Классификация песков и гравия
- Пески и гравий классифицируются по гранулометрическому составу.
- Гравий может быть хорошо измельченным, плохо измельченным, с илом или глиной.
-
Пределы Аттерберга
- Глины и илы классифицируются по пределам текучести, пластичности и усадки.
- Предел текучести определяет переход из пластичного состояния в жидкое.
- Предел пластичности определяет переход из пластичного твердого вещества в хрупкое.
- Предел усадки определяет содержание воды, ниже которого почва не сжимается при высыхании.
-
Классификация илов и глин
- Илы и глины классифицируются по индексу пластичности и пределу текучести.
- Линия А на графике отделяет глины от илов.
- Почвы с LL>50% классифицируются как CH.
-
Показатели прочности грунта
- Индекс ликвидности оценивает влияние содержания воды на прочность грунта.
- Относительная плотность характеризует плотность песков.
-
Просачивание воды
- Гидростатические условия предотвращают просачивание при равномерном увеличении давления.
- Просачивание происходит при наклонном или возвышенном уровне грунтовых вод.
-
Закон Дарси
- Объем потока поровой жидкости пропорционален скорости изменения давления.
- Коэффициент пропорциональности включает вязкость жидкости и проницаемость грунта.
-
Уравнение потока для горизонтальной трубы
- Поток в горизонтальной трубе положительный в направлении x.
- Уравнение не работает для наклонных труб.
-
Избыточное поровое давление
- Избыточное поровое давление определяется как ue = u — ρwgz.
- Заменяя u на ue, получаем более общее уравнение для потока.
-
Скорость Дарси
- Скорость Дарси (v) = Q/A.
- Скорость движения пор (vp) связана со скоростью Дарси и пористостью.
-
Гидравлическая проводимость
- Гидравлическая проводимость k = Kρwg/μw.
- Значения k варьируются в зависимости от типа почвы.
-
Потоковые сети
- Закон Дарси применим в одном, двух или трех измерениях.
- В двух измерениях используется уравнение Лапласа.
-
Просачивающиеся силы и эрозия
- Эрозия грунта может привести к разрушению конструкций.
- Просачивание воды вертикально вверх опасно для шпунтовых свай и плотин.
-
Давление просачивания
- Просачивание снижает эффективное напряжение в почве.
- При нулевом эффективном напряжении грунт теряет прочность.
-
Эффективное напряжение и капиллярность
- Эффективное напряжение σ’ = σ — u.
- Давление поровой воды гидростатическое, линейно возрастает с глубиной.
- Капиллярное действие объясняет, почему вода не вытекает из мокрого песка.
-
Отрицательное поровое давление
- Притягивает частицы друг к другу, вызывая сжимающие силы.
- В глинистой почве выше, чем в песчаной.
- Объясняет усадку и набухание глинистых почв.
-
Уплотнение грунта
- Процесс уменьшения объема грунта под нагрузкой.
- Вода вытесняется из почвы, время зависит от типа грунта.
- Уплотнение может привести к оседанию и разрушению конструкций.
-
Теория уплотнения грунта
- Карл Терзаги разработал одномерную модель.
- Морис Био расширил модель до трехмерной.
- Грунты проверяются эдометром для определения индекса сжатия и коэффициента уплотнения.
-
Характеристики при сдвиге
- Прочность и жесткость грунта определяют устойчивость и деформации.
- Прочность зависит от эффективного напряжения и коэффициента пустотности.
- Жесткость важна для оценки деформаций фундаментов и откосов.
-
Трение, сцепление и расширение
- Прочность обусловлена межчастичным трением и сцеплением зерен.
- Дилатансия увеличивает прочность расширяющихся грунтов.
- Скорость расширения и сжатия зависит от удерживающего давления и коэффициента пустотности.
-
Критерии отказа
- После критического состояния грунт не сжимается и не расширяется.
- Угол трения в критическом состоянии стабильнее пикового угла трения.
- Кулон предположил, что прочность грунта зависит от сцепления и трения, но это не так.
-
Структура, строение и химический состав
- Структура и состав материала влияют на механические свойства грунта.
- Плотность частиц, структура и распределение жидкостей важны.
- Электрический заряд частиц, химический состав поровой воды и химические связи также влияют.
-
Осушенный и недренированный срез
- Присутствие воды влияет на способность пор расширяться или сжиматься.
- Расширение пустот вызывает отрицательное давление воды, сжатие — положительное.
-
Сдвиг без дренажа и без дренажа
- Сдвиг без дренажа происходит при высокой скорости сдвига и незначительном давлении воды.
- Сдвиг без дренажа может быть меньше или больше прочности грунта на сдвиг без дренажа в зависимости от состояния грунта.
-
Испытания на сдвиг
- Параметры прочности измеряются в лаборатории с помощью различных испытаний.
- Испытания включают прямой срез, трехосный срез, простой срез, конус падения и другие.
-
Факторы, влияющие на прочность грунта
- Состав почвы, состояние, структура и условия нагружения влияют на прочность грунта.
- Состав почвы включает минералогию, размер зерен, форму частиц и тип поровой жидкости.
- Состояние определяется по коэффициенту пустотности, напряжению и истории напряжений.
- Структура включает слои, стыки, трещины и другие элементы.
- Условия нагружения включают траекторию нагрузки и тип нагрузки.
-
Боковое давление на грунт
- Теория бокового напряжения используется для оценки нагрузки на подпорные стенки.
- Коэффициент бокового напряжения определяется как отношение бокового напряжения к вертикальному.
- Существуют три коэффициента: в состоянии покоя, активный и пассивный.
-
Несущая способность грунта
- Несущая способность грунта определяется как среднее контактное напряжение, приводящее к разрушению при сдвиге.
- Допустимое напряжение в опоре определяется с учетом коэффициента запаса прочности.
- Калифорнийский тест на коэффициент несущей способности используется для определения пригодности грунта.
-
Устойчивость склона
- Анализ устойчивости склонов включает статическую и динамическую устойчивость.
- Вероятность образования сферической зоны ослабления может быть рассчитана с помощью двумерного кругового анализа.
-
Оползни и прочность горных пород
- Прочность горных пород зависит от двух факторов: прочности и динамической системы.
-
Последние события
- Деформацию грунта можно описать как поведение динамической системы.
- Механика грунта, основанная на динамических системах (DSSM), утверждает, что деформация грунта — это пуассоновский процесс.
- DSSM обеспечивает точное соответствие кривым зависимости напряжения от деформации и объясняет ключевые взаимосвязи в механике грунта.