Водопроникність та рух води в ґрунті
Водопроникністю ґрунту називають його здатність пропускати через себе вільногравітаційну воду під дією різниці напорів. Від водопроникності грунтів залежить низка процесів, що впливають на стійкість споруд, у тому числі:
-Швидкість ущільнення підстави (грунтів);
-суфозія грунту - переміщення або винесення дрібних частинок по порах, утворених більшими частинками під впливом фільтраційного потоку;
-зсувні явища - переміщення ґрунтових мас під дією сили тяжіння або зовнішнього навантаження.
Рух води в грунті відбувається під дією градієнта напору, що виникає в ньому.
Рух води у піщаних і глинистих грунтах сприймається як паралельно-струменевий, тобто. маєламінарний характер руху, так як швидкість фільтрації в таких ґрунтах невелика.
Питання
Методи визначення коефіцієнта фільтрації
На території бурять кілька колодязів. В один із них додають підфарбовану рідину, в іншому засікають її час появи та заміряють рівень води, відкачуючи рідину.
Грунт у природному стані.
У циліндр з діаметром D поміщають зразок, що випробовується. Зверху донизу пропускають воду. Рівні у п'єзометрах піднімаються на певну висоту. Вимірюючи різницю рівнів і ділячи на відстань між п'єзометрами отримуємо гідравлічний ухил.
Витрата вимірюють об'ємним методом.
Визначають коефіцієнт фільтрації з допомогою формул через інші коефіцієнти.
За відповідними таблицями, довідникам для певного виду ґрунту знаходять коефіцієнт фільтрації.
Властивості ґрунтів, що виявляються при взаємодії їх з водою
1. Водопроникність -здатність ґрунту з тією чи іншою швидкістю пропускати через себе воду.
2. Вимиваність – винесення частини ґрунту (твердої речовини) у зваженому стані.
3. Набухання та усадка - збільшення обсягу ґрунту при зволоженні та зменшення при висиханні.
Питання
Для визначення опору ґрунтів зсуву проводиться їхнє випробування на зсув. Найчастіше опір зсуву визначається приладах прямого зсуву. Основою цього приладу є дві незв'язані між собою обойми із гніздом для зразка.
Грунт заданої щільності (по пористості) поміщають у гніздо приладу і створюють вертикальне навантаження Р. Зсув навантаження прикладають до верхньої обойми приладу. Зсув проводиться при різних вертикальних навантаженнях, кожній з яких відповідає своє зусилля, що зсуває. За результатами дослідів будується графік залежності зсувних зусиль від вертикального (стискаючого) навантаження.
Це рівняння опору зсуву -Т = Р · tgφ + c.
Опір ґрунту зсуву обумовлюється наявністю тертя в контактах між частинками та зв'язності, яке можна розглядати як зчеплення.
Закон Кулону.
Під дією зовнішнього навантаження в окремих точках (областях) ґрунту ефективна напруга може перевершити внутрішні зв'язки між частинками ґрунту, при цьому виникнуть ковзання (зрушення), і міцність ґрунту може бути перевищена.
Внутрішнім опором частини в пісках буде лише тертя, а в глинах (зв'язкових ґрунтах) плюс в'язкі, водно-колоїдні зв'язки. Розділити ці опори неможливо.
Закон Кулона (1773г.) має такий вигляд:
а формулюється: граничний опір ґрунтів зсуву прямо пропорційно до нормального тиску.
φ-кут внутрішнього тертя -параметр лінійного графіка зрізу зразка ґрунту;
tgφ-коефіцієнт внутрішнього тертя; c-питоме зчеплення.
Результати випробування глинистого ґрунту прямим зрізом.
Питання
Міцністю ґрунту називають здатність його сприймати сили зовнішнього впливу не руйнуючись. Руйнування ґрунту, що служить основою споруди, що становить берег (схил) водосховища або схил каналу, відбувається у вигляді переміщення-зсуву однієї його частини щодо іншої тоді, коли сили зовнішнього впливу перевищать сили внутрішнього опору.Міцність ґрунту визначається його опірністю зсуву і оцінюється показником, який називаєтьсяграничним опором зсуву τ.
У лабораторних умовах опір ґрунту зсуву встановлюється випробуванням його зразків на прямий зсув (зріз) у зсувних приладах та приладах тривісного стиснення, у польових — шляхом випробування крильчаткою, методами роздавлювання призми ґрунту, зсувом цілика ґрунту у заданій площині та іншими способами
Опір зсуву піщаних і крупноуламкових фунтів виникає в основному в результаті тертя між частинками, що переміщаються, і зачеплення їх один за одного.
Процес руйнування глинистих ґрунтів значно складніший, ніж піщаних або великоуламкових. Водно-колоїдні та цементаційні зв'язки, які мають місце у глинистих ґрунтах, забезпечують деякий опір їх розтягуванню.
Тому ці фунти часто називають зв'язковими. Тоді опір зсуву в зв'язкових фунтах складається із сил тертя частинок і сил зчеплення з-поміж них. Зчеплення - це опір структурних зв'язків глинистих ґрунтів будь-якому переміщенню частинок.
Випробування глинистих ґрунтів на зсув проводиться за двома схемами:
- Iсхема - закрита (неконсолідовано-недреновані випробування), тобто. коли фунт не є консолідованим. Випробування проводяться відразу після застосування вертикального навантаження, при цьому щільність і вологість ґрунту в процесі досвіду не змінюються. Такі досліди звуться «швидкого зсуву».
- II схема - відкрита (консолідовано-дренована), тобто. коли ґрунт консолідований. В цьому випадку випробування на зсув проводять після повної консолідації. Консолідація - процес ущільнення ґрунту, що супроводжується відтисканням води з пір ґрунту, тобто. це явище властиве водонасиченим ґрунтам.
Випробовування грунтів на зсув при прямому зрізі проводиться в одноорізних (а іноді і двозрізних) приладах, при цьому зразок грунту збожеволіє в зрізувач так, щоб його одна половина залишалася б нерухомою, а інша - мала б можливість переміщатися паралельно самій собі.
Питання
Зсувні характеристики ґрунту можна визначати у приладі тривісного стиску – стабілометрі.
Порядок проведення випробування:
Циліндричний зразок ґрунту в гумовій оболонці 1 міститься в робочу камеру приладу 2, заповнену водою. Нормальна напруга σ1 створюється у зразку через штамп 3 за допомогою навантажувального пристрою. Бічна напруга σ2 = σ3 створюється у воді робочої камери гідростатичним тиском. Вимірювання тиску в камері провадиться манометром 4, вертикальних переміщень – індикаторами 5. Крани – 6.
З
Характеристики міцності в стабілометрі визначаються випробуванням декількох зразків - близнюків. У кожному випробуванні при зростаючому вертикальному тиску та фіксованому бічному відбудеться руйнування зразка.
Ці величини напруг σ1 та σ3 відкладаються на горизонтальнійосі графіка і будується коло Мора: (теорія міцності Кулона – Мора: середня основна напруга σ2 не впливає на опір ґрунту зрізу).