Фізичні процеси при деформації грунтів

Особливості деформування грунтів по-різному виявляються у різних видів грунтів та істотно залежать від стану грунту та інтенсивності діючих навантажень.

Монолітні скельні грунти при навантаженнях, що виникають в результаті будівництва промислових і цивільних споруд, звичайно можуть розглядатися як практично недеформіруемие тіла. Однак тріщинуватих скеля і розбірний скельний грунт володіють деякою деформуємість. Зруйновані структурні зв'язки в скельних грунтах з часом не відновлюються.

Об'ємні деформації великоуламкових і однорідних за гранулометричному складу піщаних грунтів у значній мірі обумовлюються пружним стисненням частинок, а в міру збільшення навантаження - пластичним руйнуванням контактів між ними. В неоднорідних пісках будуть розвиватися значні деформації ущільнення. У водонасичених піщаних грунтах це супроводжується віджимання води з пор. Оскільки розміри пір в піщаних грунтах щодо великі, процес консолідації в них протікає значно швидше, ніж у глинистих грунтах. Зсувне деформації в великоуламкових і піщаних грунтах відбуваються за рахунок взаємного переміщення частинок з урахуванням руйнування контактів.

Найбільш складно розвивається процес деформування в глинистих грунтах. Об'ємні деформації в них пов'язані з більш щільною переупаковка часток, оточених плівками пов'язаної води, зі зменшенням обсягу часу, з віджимання поровое води і пружним стисненням защемлення пухирців повітря. Зсувне деформації в глинистих грунтах головним чином пов'язані з переміщенням і переупаковка часток, оточених гідратної оболонкою.

Інтенсивність прояви деформацій у глинистих грунтах у великій мірі залежить від характеру структурних зв'язків і величини діючих навантажень. При навантаженнях, що не перевищують структурної міцності, глинисті грунти можуть проявляти пружні властивості. Подальше збільшення навантаження викликає поступове руйнування структурних зв'язків та інтенсивне ущільнення грунту. Зруйновані водно-колоїдні зв'язку з часом відновлюються, і після ущільнення глинистого грунту спостерігається його зміцнення.

Розміри пір в глинистих грунтах вкрай малі, тому процес консолідації в них протікає дуже повільно. Деформації можуть не стабілізуватися протягом багатьох місяців, років, навіть десятиліть. Також повільно можуть розвиватися і процеси повзучості, пов'язані з взаємним зміщенням часток, оточених водними плівками, поворотом, вигином і руйнуванням окремих частинок.

Структурно-нестійкі грунти

Серед грунтів, на яких зводяться споруди, є кілька характерних типів особливих утворень. Будівництво на таких грунтах пов'язане зі спеціальними заходами, недотримання яких часто приводить до аварій. До таких грунтів зазвичай відносять мерзлі, вічній, лесові, набухають, слабкі водонасичені глинисті, засолені, насипні грунти, торфи і заторфованние грунти.

Цим грунтам властива загальна особливість -- здатність до різкого зниження міцності структурних зв'язків між частинками при деяких звичайних для будівництва та експлуатації споруд впливах: при нагріванні - для одних, зволоженні - для інших, швидкому навантаженні або вібраційному дії - для третього типів грунтів. Це, у свою чергу, також призводить до різкого зменшення міцності і несучої здатності підстав, розвитку неприпустимих для спорудження деформацій.

мерзла і вічній грунти

Грунти всіх видів відносяться до мерзлих грунтів, якщо вони мають негативну температуру і містять у своєму складі лід. Грунти називають вічній, якщо в умовах залягання вони знаходяться в мерзлому стані безперервно (без відтавання) протягом багатьох (трьох і більше) років.

мерзла і вічній грунти через наявність у них льдоцементних зв'язків при негативній температурі є дуже міцними і малодеформіруемимі природними утвореннями. Однак при підвищенні або зниженні температури (навіть в області негативних температур) за рахунок танення льоду або замерзання частини поровое води їх властивості можуть змінюватися. При відтаванні порового льоду структурні льдоцементние зв'язку лавинно руйнуються і виникають значні деформації. Багато видів вічній грунтів, особливо сільнольдістие пилуватого-глинисті грунти, при цьому можуть переходити в розрідженою стан. Найважливішою особливістю мерзлих грунтів є їх просадного при відтаванні - різке зменшення об'єму грунту під час танення льоду і віджимання води, що призводить до надмірних деформацій побудованих на цих грунтах споруд.

Льосові грунти (леси)

Льосові грунти за складом, структурно-текстурованим ознаками, а отже, і механічним властивостям суттєво відрізняються від усіх інших гірських порід. Тверді частинки лесових грунтів на 80 ... 90% складаються з кварцу, польового шпату і розчинних мінералів. За крупності до 60%, іноді навіть до 90% твердих частинок ставиться до пилуватих, решта - до глинистих, лише мала частина - до піщаних фракціям. За гранулометричному складу і числу пластичності лесові грунти відносяться до пилуватих супісках і суглинках. Вологість лесових грунтів у природному стані звичайно не перевищує 0,08 ... 0,16, ступінь вологість менше 0,5, пористість - 0,4 ... 0,5.

У лесових грунтів розмір пор значно перевищує розмір часток грунту. Саме у зв'язку з таким співвідношенням діаметра пір і діаметр часток лесові грунти називають макропористістю.

При природного вологості лесові грунти за рахунок цементаціонних зв'язків володіють помітною міцністю і здатні тримати вертикальні укоси висотою понад 10 м. Зволоження лесів призводить до розчинення цементаціонних зв'язків та руйнування його макропористістю текстури. Це супроводжується різкою втратою міцності грунту, значними і швидко розвиваються деформаціями ущільнення - осідання. Тому лесові грунти називають грунтах. Просадного грунту при замочуванні водою оцінюється величиною відносної просадного: , де - коефіцієнт пористості в природному стані. При грунт вважається грунтах.

набухають грунти

До набухають грунтів відносять глинисті грунти з великим вмістом гідрофільних глинистих мінералів (монтморилоніт, каолініт, гідрослюд) і малої вологість у природному стані ( ).

що надходить в набухають грунти волога адсорбується поверхнею глинистих часток, утворюючи гідратної оболонки. При первісному щодо близькому розташуванні часток під дією гідратної оболонок вони розсуваються, викликаючи збільшення обсягу грунту. Частина води проникає всередину кристалів глинистих мінералів, також приводячи до збільшення обсягу грунту. При зменшенні вологості набухають грунтів виникає їх осаду, що призводить до об'ємним деформацій. Таким чином, набухають грунти відрізняються набуханням (збільшенням обсягу) при зволоженні і усадкою (зменшенням обсягу) при висиханні.

Зволоження може бути викликане підвищенням рівня підземних вод, накопиченням додаткової вологи під спорудою через порушення природних умов випаровування води з грунту, наприклад, при екранування його поверхні побудованим спорудою. Зменшення вологості грунту зазвичай пов'язане з технологічними чи кліматичними факторами.

Збільшення вологості набухають грунтів призводить до підйому розташованих у них фундаментів та розвитку негативного (негативного) тертя у випадку пальових фундаментів. Усадка грунту після висихання викликає осідання споруд. У ряді випадків становить небезпеку також і горизонтальне тиск набухання на підземні елементи конструкцій.

Залежно від величини відносного набухання , яка визначається без навантаження, грунти підрозділяються на: слабонабухающіе , средненабухающіе , сільнонабухающіе . Тут, - висота зразка грунту після вільного набухання в умовах неможливості бокового розширення при повному Водонасичення, - первісна висота зразка при природної вологості.

Слабкі водонасичені грунти

До слабких водонасичення грунтів відносять мули, стрічкові глини, водонасичені лесові грунти та деякі інші види глинистих грунтів характерними рисами яких є їх висока пористість в природному стані, насиченість водою, мала міцність і велика деформуємість.

Іламі називають водонасичені сучасні опади водойм (морські, лагунові, озерні, річкові, болотні мули), що утворилися при наявності мікробіологічних процесів. Вологість мулів перевищує вологість на границі плинності (), коефіцієнт пористості . У мулах переважають глиниста і пилуватих фракція, може бути присутнім дрібнопіщані фракція. Органічні освіти в мулах становлять від 2 до 12% за масою. Розрізняють: супіщані мули , суглинні мули і глинисті мули . Структура мулів легко руйнується при статичних навантаженнях, перевищують структурну міцність, і особливо при дії динамічних навантажень. Проте з часом водно-колоїдні зв'язку в мулах відновлюються і ущільнений мулкий грунт зміцнюється.

Стрічкові глини (стрічкові відкладення) - це товща грунтів, що складається з близького до горизонталі переслаіванія тонких і найтонших (кілька сантиметрів і навіть менш сантиметра) прошарку піску, супіски, суглинку та глини. Сумарна потужність (товщина) стрічкових відкладень може досягати 10 м і більше. Їх шарувата структура викликає анізотропію властивостей.

У природному стані стрічкові відкладення мають високу пористість. Коефіцієнт пористості звичайно дорівнює 0,7 ... 0,8, іноді перевищує одиницю. Грунти зазвичай знаходяться в водонасиченому стані. Природна вологість зазвичай дорівнює 0,3 ... 0,5, але може досягати і 0,7 ... 0,8, тоді як вологість на межі плинності не перевищує 0,6 ... 0,65. Отже, стрічкові відкладення знаходяться в скритопластічном стані або навіть в скритотекучем стані. Високе значення пористості і велика вологість стрічкових глин свідчать про їх малої міцності і сильною деформованості під навантаженнями.

Торфи і заторфованние грунти.

торфом називають органомінеральні відкладення, не менш ніж на 50% складаються з залишків болотної рослинності.

Піщані, пиловані і глинисті грунти, що містять у своєму складі від 10 до 50% за масою органічних речовин, називають заторфованнимі грунтами.

Стан та властивості торфу і заторфованних грунтів у великій мірі залежать від ступеня розкладання органічних залишків, які переходять в гумус, і відносного вмісту в них неорганічних мінералів. Щільність торфу зазвичай не перевищує 1 ... 1,2 г/см3. У природних умовах торф і заторфованние грунти, як правило, знаходяться у водонасиченому стані. Торфи відносяться до найбільш стисливим грунтів. З-за великого вмісту в торф зв'язаної води опади підстав, складених торфом або містять включення заторфованних грунтів, розвиваються повільно. Несуча здатність торфу і заторфованних грунтів вкрай невелика. Тому нашарування, що містять заторфованние грунти, є одним з найгірших типів підстав споруд.

засолені грунти

До засоленим грунтів відносяться великоуламкових, піщані і пилуватого-глинисті грунти, що містять певну кількість легко-і среднерастворімих солей.

легкорозчинні солями є хлористі, сірчанокислий і карбонатні солі натрію, калію і магнію, среднерастворімимі - сульфат кальцію (гіпс), ангідрит, кальцит.

Основна небезпеку будівництва на засолених грунтах пов'язана з винесенням солей фільтруючими водами (хімічна суфозія), руйнуванням текстури грунту і розвитком внаслідок цього нерівномірних осідань.

Насипні грунти

До насипним грунтів відносяться грунти природного походження з порушеною природною структурою, а також мінеральні відходи промислового виробництва, тверді побутові відходи, що утворилися їх відсипання або гідронамивів.

Території, зайняті насипними грунтами, звичайно являють собою колишні яри, ставки й т.п. Рельєф засипають ділянок, як правило, сильно порізаний, тому потужність насипних грунтів часто буває досить нерівномірна. У насипних грунтах поступово відбуваються різні фізичні, фізико-хімічні, біологічні та інші процеси, що призводять, з одного боку, до їх самоуплотненію, зміцнення, з іншого до розпаду, до розкладання як структури окремих агрегатів, так і окремих частинок, тобто до знеміцнення. Це в свою чергу сильно позначається на їхні фізичні і механічні властивості.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.shpora-zon.narod.ru/