Физические процеси при деформировании грунтів

Физические процеси при деформировании грунтов

Особенности деформування грунтів по-різному виявляються в різних видів грунтів й суттєво залежить від стану грунту та інтенсивності діючих нагрузок.

Монолитные скельні грунти при навантаженнях, що виникають унаслідок будівництва промислових і громадянських споруд, зазвичай можна розглядати як практично недеформируемые тіла. Проте тріщинувата скеля і розбірний скельний грунт мають деякою деформируемостью. Зруйновані структурні зв’язку в скельних грунтах згодом не восстанавливаются.

Объемные деформації великоуламкових і однорідних по гранулометрическому складу піщаних грунтів значною мірою зумовлюються пружним на стиснення частинок, а, по збільшення навантаження — пластичним руйнацією контактів з-поміж них. У неоднорідних пісках розвиватимуться значні деформації ущільнення. У водонасыщенных піщаних грунтах це супроводжується отжатием води з пір. Оскільки розміри пір в піщаних грунтах щодо великі, процес консолідації у яких протікає значно швидше, ніж у глинистих грунтах. Сдвиговые деформації в великоуламкових і піщаних грунтах відбуваються з допомогою взаємного переміщення часток отримують за урахуванням руйнації контактов.

Наиболее складно розвивається процес деформування в глинистих грунтах. Об'ємні деформації в них пов’язані з більш щільною переупаковкой частинок, оточених плівками пов’язаної води, із зменшенням обсягу пір, з отжатием поровой води та пружним на стиснення затиснених повітряних бульбашок. Сдвиговые деформації в глинистих грунтах головним чином пов’язані з переміщенням і переупаковкой частинок, оточених гідратної оболочкой.

Интенсивность прояви деформацій в глинистих грунтах значною мірою залежить від характеру структурних зв’язків і величини діючих навантажень. При навантаженнях, які перевищують структурної міцності, глинисті грунти можуть виявляти пружні властивості. Подальше підвищення навантаження викликає поступове руйнація структурних зв’язків і інтенсивне ущільнення грунту. Поруйновані водно-коллоидные зв’язку з часом відновлюються, і після ущільнення глинистого грунту спостерігається його упрочнение.

Размеры пір в глинистих грунтах вкрай малі, тому процес консолідації у яких протікає надто повільно. Деформації можуть стабілізуватися багато місяців, років, навіть десятиліть. Також повільно можуть розвиватись агресивно та процеси повзучості, пов’язані з взаємним зміщенням частинок, оточених водними плівками, поворотом, вигином і руйнацією окремих частиц.

Структурно-неустойчивые грунты

Среди грунтів, у яких зводяться споруди, кілька характерних типів особливих утворень. Будівництво на таких грунтах поєднується зі спеціальними заходами, недотримання яких часто до аварій. До таких грунтам зазвичай відносять мерзлі, вечномерзлые, лёссовые, набухающие, слабкі водонасыщенные глинисті, засолені, насипні грунти, торфи і заторфованные грунты.

Цим грунтам властива загальна особливість — спроможність до різкого зниження міцності структурних перетинів поміж частинками при деяких звичайних на будівництво і експлуатації споруд впливах: при нагріванні - кого, зволоженні - й інших, швидкому нагружении чи вібраційному вплив — для третіх типів грунтів. Це своє чергу, наводить також до різкого зменшення міці й несучою здібності підстав, розвитку неприпустимих спорудження деформаций.

Мерзлые і вечномерзлые грунты

Грунты всіх видів ставляться до мерзлим грунтам, якщо вони теж мають негативну температуру мають у собі лід. Грунти називають вечномерзлыми, тоді як умовах залягання вони у мерзлому стані безупинно (без відтаювання) багато (трьох і більше) лет.

Мерзлые і вечномерзлые грунти через наявність у них льдоцементных зв’язків при негативною температурі є дуже вже непохитними й малодеформируемыми природними утвореннями. Проте за підвищенні чи зниженні температури (навіть у сфері негативних температур) з допомогою відтаювання льоду чи замерзання частини поровой води їх властивості можуть змінюватися. При відтаненні порового льоду структурні льдоцементные зв’язку лавинно руйнуються і виникають значні деформації. Багато видів вечномерзлых грунтів, особливо сильнольдистые пылевато-глинистые грунти, у своїй можуть переходити в розріджене стан. Найважливішою особливістю мерзлих грунтів був частиною їхнього просадочность при відтаненні - різке зменшення обсягу грунту при таненні криги й отжатии води, що зумовлює надмірним деформаціям побудованих цих грунтах сооружений.

Лёссовые грунти (лёссы)

Лёссовые грунти за складом, структурно-текстурным ознаками, отже, і механічним властивостями істотно відрізняються від від інших гірських порід. Тверді частки лесових грунтів на 80…90% складаються з кварцу, польового шпату і розчинних мінералів. По крупности до 60%, іноді до 90% твердих частинок належить до пылеватым, інші - до глинистим, лише мала частка — до піщаним фракціям. По гранулометрическому складу і числу пластичності лёссовые грунти ставляться до пылеватым супесям і суглинкам. Вологість лесових грунтів у природній стані звичайно перевищує 0,08…0,16, ступінь вологість менш 0,5, пористість — 0,4…0,5.

У лесових грунтів розмір пір значно перевищує розміру частинок грунту. Саме з таким співвідношенням діаметра пір і діаметр частинок лёссовые грунти називають макропористыми.

При природної вологості лёссовые грунти з допомогою цементационных зв’язків мають помітної міцністю і здатні тримати вертикальні відкоси заввишки більше 10 м. Зволоження лёссов призводить до розчинення цементационных зв’язків і руйнації його макропористой текстури. Це супроводжується різкій втратою міцності грунту, значними і швидко що розвиваються деформаціями ущільнення — просадками. Тому лёссовые грунти називають просадочными. Просадочность грунту при замачивании водою оцінюється величиною відносної просадочности: , де  — коефіцієнт пористости в природному стані. При грунт вважається просадочным.

Набухающие грунты

К набухающим грунтам відносять глинисті грунти з великим змістом гидрофильных глинистих минералов (монтмориллонит, каолинит, гидрослюды) й малої вологість в природному стані ().

Поступающая в набухающие грунти волога адсорбируется поверхнею глинистих частинок, створюючи гидратные оболонки. При початковому щодо близькому розташуванні частинок під дією гидратных оболонок вони розсовуються, викликаючи збільшення обсягу грунту. Частина води проникає всередину кристалів глинистих мінералів, також наводячи до підвищення обсягу грунту. За зменшення вологості набухающих грунтів виникає їх осаду, яка веде до об'ємним деформаціям. Отже, набухающие грунти відрізняються набуханием (збільшенням обсягу) при зволоженні і усадкой (зменшенням обсягу) при высыхании.

Увлажнение може бути викликане підвищенням рівня підземних вод, накопиченням додаткової вологи під спорудою через порушення природних умов випаровування води з грунту, наприклад, при экранировании поверхні збудованим спорудою. Зменшення вологості грунту зазвичай пов’язані з технологічними чи кліматичними факторами.

Увеличение вологості набухающих грунтів призводить до підняття розміщених у них фундаментів та розвитку негативного (негативного) тертя у разі пальових фундаментів. Усадка грунту коли висохнуть викликає осадку споруд. Нерідко небезпечна ще й горизонтальне тиск набрякання на підземні елементи конструкций.

В залежності від величини відносного набрякання , обумовленою без навантаження, грунти поділяються на: слабонабухающие , средненабухающие , сильнонабухающие . Тут,  — висота зразка грунту після вільного набрякання за умов неможливості бічного розширення за повної водонасыщении,  — початкова висота зразка при природної влажности.

Слабые водонасыщенные грунты

К слабким водонасыщенным грунтам відносять мули, стрічкові глини, водонасыщенные лёссовые грунти та інших види глинистих грунтів характерні риси яких є їхньою висока пористість в природному стані, насиченість водою, мала міцність і велика деформируемость.

Илами називають водонасыщенные сучасні опади водойм (морські, лагунные, озерні, річкові, болотні мули), які утворилися за наявності мікробіологічних процесів. Вологість мулів перевищує вологість за українсько-словацьким кордоном плинності (), коефіцієнт пористости . У илах переважають глиниста і пылеватая фракція, може може бути мелкопесчаная фракція. Органічні освіти у илах сягають від 2 до 12% щодо маси. Розрізняють: супесчаные мули , суглинистые мули і глинисті мули . Структура мулів легко руйнується при статичних навантаженнях, перевищують структурну міцність, і особливо в вплив динамічних навантажень. Однак згодом водно-коллоидные зв’язку в илах відновлюються і ущільнений мулистий грунт упрочняется.

Ленточные глини (стрічкові відкладення) — це товща грунтів, що складається з близького до горизонталі переслаивания і найтонших (кілька сантиметрів і навіть менше сантиметри) прослоев піску, супеси, суглинку і глини. Сумарна потужність (товщина) стрічкових відкладень може становити 10 метрів і більш. Їх шарувата структура викликає анизотропию свойств.

В природному стані стрічкові відкладення мають високу пористість. Коефіцієнт пористости зазвичай дорівнює 0,7…0,8, іноді перевищує одиницю. Грунти зазвичай перебувають у водонасыщенном стані. Природна вологість зазвичай дорівнює 0,3…0,5, а може досягати і 0,7…0,8, тоді як вологість напружені плинності вбирається у 0,6…0,65. Отже, стрічкові відкладення перебувають у скрытопластичном змозі або навіть у скрытотекучем стані. Високе значення пористости і велика вологість стрічкових глин засвідчують їхньою малою міці й сильної деформируемости під нагрузками.

Торфы і заторфованные грунты.

Торфом називають органо-мінеральні відкладення, щонайменше ніж 50% які з залишків болотного растительности.

Песчаные, пылеватые і глинисті грунти, містять у собі від 10 до 50% щодо маси органічних речовин, називають заторфованными грунтами.

Состояние і властивості торфу і заторфованных грунтів значною мірою залежать від ступеня розкладання органічних залишків, які у гумус, і відносного в них вмісту неорганічних мінералів. Щільність торфу звичайно перевищує 1…1,2 г/см3. У природні умови торф і заторфованные грунти, як правило, перебувають у водонасыщенном стані. Торфи ставляться до найбільш сжимаемым грунтам. Через великого вмісту у торфах пов’язаної води опади підстав, сложенных торфом чи містять включення заторфованных грунтів, розвиваються повільно. Несуча здатність торфу і заторфованных грунтів вкрай невелика. Тому нашарування, містять заторфованные грунти, є однією з найгірших типів підстав сооружений.

Засоленные грунты

К засоленным грунтам ставляться крупнообломочные, піщані і пылевато-глинистые грунти, містять певну кількість легко -і среднерастворимых солей.

Легкорастворимыми солями є хлористі, сернокислые і карбонатні солі натрію, калію і магнію, среднерастворимыми — сульфат кальцію (гіпс), ангідрит, кальцит.

Основная небезпека будівництва на засолених грунтах пов’язані з винесенням солей фільтруючими водами (хімічна суффозия), руйнацією текстури грунту та розвитком як наслідок нерівномірних осідань.

Насыпные грунты

К насипним грунтам ставляться грунти природного походження з порушеною природною структурою, і навіть мінеральні відходи промислового виробництва, тверді побутові відходи, які утворилися їх отсыпкой чи гидронамывом.

Территории, зайняті насипними грунтами, зазвичай є колишні яри, ставки і т.п. Рельєф засыпаемых ділянок, зазвичай, сильно порізаний, тому потужність насипних грунтів це часто буває дуже нерівномірна. У насипних грунтах поступово відбуваються різноманітні фізичні, фізико-хімічні, біологічні і інших процесів, що призводять, з одного боку, до самоуплотнению, зміцнення, з іншого до розпаду, до розкладанню як структури окремих агрегатів, і окремих частинок, тобто. до разупрочнению. Це своє чергу сильно позначається з їхньої фізичні і механічні властивості.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайту internet.