Влияние водонасыщенности на показатели прочности пеiаного грунта
Дипломная работа - Геодезия и Геология
Другие дипломы по предмету Геодезия и Геология
, величина которой в зависимости от начальной плотности, дисперсности и давления при нагрузках до 0.3-0.4 МПа может составлять около 1-2.5% [3]. Пеiаные грунты, согласно классификации ГОСТ 25100-95, подразделяются в зависимости от крупности частиц на следующие виды (табл. 1).
Таблица 1. Виды пеiаных грунтов
Название пескаДиаметр частиц (мм)Содержание частиц в%Крупный> 0.5>50Средней крупности> 0.25>50Мелкий> 0.1>75Пылеватый> 0.1<75
Пески принято относить к представителям грунтов, в которых структурные связи отсутствуют или играют совершенную незначительную роль. iепление, имеющееся в этих грунтах, настолько слабо, что при свободной (без ограждения) засыпке, эти грунты легко рассыпаются. Механические контакты пеiаных частиц в воздушной среде представляют собой контакты механического зацепления и сухого трения. Механическое iепление может возникать между структурными элементами пеiаного грунта за iет взаимного зацепления частиц. Последнее зависит от размера, формы частиц, плотности их упаковки и характера их поверхности: чем больше размер частиц, сложнее форма и выше плотность их упаковки, тем значительнее составляющая зацепления. iепляясь неровностями и выступами частицы могут осуществлять довольно прочные связи механического iепления и зацепления, величина которых соизмерима с прочностью самих частиц. Однако при полном водонасыщении пеiаного грунта водой, он переходит в состояние грунтовой массы, в котором всякое механическое зацепление отсутствует.
В механических контактах кроме зацепления определенную роль играет и трение в плоскости контакта двух взаимодействующих поверхностей. Его величина, характеризуемая коэффициентом трения, зависит от состава среды в зоне контакта. В воздушно-сухой среде трение выше, чем в жидкой среде. При полном водонасыщении песка, вода играет роль смазочной жидкости, которая уменьшает трение на контактах зерен, поэтому прочность сухого механического контакта обычно выше [3].
Сопротивление сдвигу пеiаных грунтов существенно выше по сравнению с глинистыми и лессовыми. Оно закономерно возрастает с уменьшением дисперсности и увеличением плотности песков (табл. 2).
Рассмотрим теперь влияние воды, находящейся в песках, на величину сопротивления их сдвигу. "ияние влажности на сопротивление сдвигу несвязных грунтов проявляется через изменение величины трения между частицами, а для полностью водонасыщенных - через изменение их напряженного состояния. При незначительной влажности песка сопротивление сдвигу в нем несколько повышается за iет так называемого капиллярного iепления, которое иногда называют кажущимся, так как оно иiезает при насыщении песка водой. Вначале при весьма малом увлажнении (0,5-0,7%) кажущееся iепление резко возрастает, что является причиной появления в песках некоторой капиллярной связности, затем при увеличении влажности быстро падает. Однако повышение при этом сопротивления сдвигу настолько незначительно, что не имеет практического значения.
Таблица 2. Нормативные значения удельных iеплений (Сн, МПа), углов внутреннего трения (?н, град) пеiаных грунтов
Виды пеiаных грунтовОбозначения характеристик грунтовХарактеристики грунтов при коэффициенте пористости0,450,550,650,75Пески гравелистые и крупныеСн ?н0,002 430,001 40- 38- -Пески средней крупностиСн ?н0,003 400,002 380,001 35- -Пески пылеватыеСн ?н0,008 360,006 340,004 300,002 26
Капиллярное iепление представляет собой, в сущности, трение, создаваемое давлением частиц друг на друга, возникающим от капиллярных сил в кольцевых оболочках воды, окружающих точки контакта между зернами. Благодаря кажущемуся iеплению можно наблюдать в маловлажном песке вертикальные откосы небольшой высоты [6].
При водонасыщении угол внутреннего трения песка, не содержащего пыли, на 1-2 меньше, чем тот же угол у песка в сухом состоянии. При наличии примеси пылеватых частиц угол внутреннего трения насыщенного водой песка оказывается меньше, чем у сухого, и это снижение тем больше, чем выше содержание пылеватой фракции. При высокой скорости сдвига водонасыщенного пылеватого песка возникает значительное поровое давление, которое уменьшает давление в скелете грунта и тем самым снижает общее сопротивление сдвигу. Если возникшее поровое давление станет равным действующему на грунт давлению то и песок перейдет в разжиженное, плывунное состояние, что будет сопровождаться потерей устойчивости сооружений, построенных на песке или его оплыванию на склонах [2].
Значительное влияние на величину сопротивления сдвигу пеiаного грунта оказывает вода, находящаяся под напором. Объемная сила давления фильтрующейся воды стремится вынести мелкие частицы и значительно увеличить пористость песков, снизить их прочность и устойчивость в откосах, а, следовательно, и сопротивление его сдвигу. Прочность песков в откосах, через которые фильтруется вода, снижается на 15-20%. Если пористость водонасыщенного песка значительно превышает критическую (т.е. такую пористость, при которой сдвиг песка не сопровождается изменением его объема), то при динамических воздействиях или при сдвиге возможно его разжижение. Песок на короткое время превращается в густую жидкость, зерна его перестают опираться друг на друга, разделяются водой, и грунт растекается или уплотняется в зависимости от граничных условий (склон или равнина) [5].
Таким образом, с точки зрения прочности наиболее надежным является высушенный грунт, т.е. грунт, состоящий из скелета и